CN110648395A - 一种地形绘制方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地形绘制方法和装置。用于绘制地形采样点的方法包括：将地形采样点的地形特征参数与至少一种材质层中的每一种材质层的对应的地形特征参数进行比对；以及如果所述地形采样点与所述至少一种材质层中的一种材质层匹配，则在所述地形采样点上绘制所述一种材质层中的地形材质，或者如果所述地形采样点与所述至少一种材质层中的多种材质层匹配，则在所述地形采样点上绘制所述多种材质层中具有最高材质层优先级的一种材质层的地形材质。

Description

一种地形绘制方法和装置

技术领域

本发明涉及计算机图形技术，特别地涉及一种地形绘制方法和装置。

背景技术

地形系统是许多计算机图形应用中的一部分(例如计算机游戏)。当在三维虚拟场景中对地形渲染时，需要使地形表现为各种不同的地形材质，例如草地、沙地、岩石、雪地等。这些地形材质直接影响游戏画面的质量，从而影响到游戏玩家的体验。

不同的地形材质通常具有不同的分布区域，如何高效并且高质量地对这些分布区域进行绘制一直是本领域内的研究课题。目前本领域的一般做法是由美工为每种地形材质手工绘制一张分布图。当进行地形渲染的时候利用这些手工分布图来区分不同地形材质的分布区域，然后将不同的地形材质进行层层叠加，最终获得完整的地形效果。然而，这种方法对于制作大规模地形而言存在明显问题：手工绘制工作量大，效率低下，而且难以在渲染后对地形进一步修改。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种用于绘制地形采样点的方法，包括：将地形采样点的地形特征参数与至少一种材质层中的每一种材质层的对应的地形特征参数进行比对；以及如果所述地形采样点与所述至少一种材质层中的一种材质层匹配，则在所述地形采样点上绘制所述一种材质层中的地形材质，或者如果所述地形采样点与所述至少一种材质层中的多种材质层匹配，则在所述地形采样点上绘制所述多种材质层中具有最高材质层优先级的一种材质层的地形材质。

在一个实施方式中，所述的方法还包括在所述比对操作之前，选择包括所述地形采样点的待绘制区域。

在一个实施方式中，所述的方法还包括建立地形材质数据集，所述地形材质数据集包含材质库与材质集合，所述材质库包含至少一种地形材质，所述材质集合包含所述至少一种材质层，所述至少一种材质层中的每一种材质层具有对应到所述至少一种地形材质中的一种地形材质的标识。

在一个实施方式中，所述的方法还包括建立材质集合，所述材质集合包含所述至少一种材质层，所述至少一种材质层中每一种材质层都保存地形材质。

在一个实施方式中，所述地形材质保存漫反射图、法线图、高度置换图、高光分布图、粗糙度图、金属性图中的至少一种。

在一个实施方式中，所述地形特征参数包括地形高度参数、地形坡度参数和地表弧度参数中的至少一种。

在一个实施方式中，所述匹配发生于以下情形之一：(1)所述地形采样点与所述一种材质层的地形特征参数均相等；(2)所述地形采样点的一些地形特征参数与所述一种材质层的对应参数相等，并且所述地形采样点的其他地形特征参数落入所述一种材质层的对应地形特征参数的范围内；(3)所述地形采样点的所有地形特征参数全部落入所述一种材质层的对应地形特征参数的范围内。

在一个实施方式中，所述的方法还包括当不存在所述匹配的材质层时，在所述地形采样点上绘制默认的材质层和/或进行注释。

本发明的另一个方面提供了一种用于绘制地形采样点的装置，包括：用于将地形采样点的地形特征参数与至少一种材质层中的每一种材质层的对应的地形特征参数进行比对的模块；用于如果所述地形采样点与所述至少一种材质层中的一种材质层匹配，则在所述地形采样点上绘制所述一种材质层中的地形材质，或者如果所述地形采样点与所述至少一种材质层中的多种材质层匹配，则在所述地形采样点上绘制所述多种材质层中具有最高材质层优先级的一种材质层的地形材质的模块。

在一个实施方式中，所述的装置还包括用于选择包括所述地形采样点的待绘制区域的模块。

在一个实施方式中，所述的装置还包括用于建立地形材质数据集的模块，所述地形材质数据集包含材质库与材质集合，所述材质库包含至少一种地形材质，所述材质集合包含所述至少一种材质层，所述至少一种材质层中的每一种材质层具有对应到所述至少一种地形材质中的一种地形材质的标识。

在一个实施方式中，所述的装置还包括用于建立材质集合的模块，所述材质集合包含所述至少一种材质层，所述至少一种材质层中每一种材质层都保存地形材质。

在一个实施方式中，所述的装置还包括用于当不存在所述匹配的材质层时，在所述地形采样点上绘制默认的材质层和/或进行注释的模块。

本发明的还另一个方面提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据本发明实施例所述的用于绘制地形采样点的方法。

本发明的实施例可以根据地形特征参数自动确定不同地形材质的分布。本发明的实施例可以在一次绘制作业中完成待绘制区域中所有地形采样点的地形材质的绘制工作。相对于现有技术而言，本发明的实施例提高了地形材质的绘制速度，而且更易于在地形发生变化时对已有的地形材质进行修改。

附图说明

图1为一个示例性地形网格。

图2为根据本发明的一个实施例的地形材质数据集的示意图。

图3为根据本发明的一个实施例的地形材质绘制方法的流程图。

具体实施方式

现在将参照若干示例性实施例来说明本发明的内容。应当理解，说明这些实施例仅是为了使得本领域普通技术人员能够更好地理解并且因此实现本发明的内容，而不是暗示对本发明的范围进行任何限制。

如本文中所使用的，术语“包括”及其变体应当解读为意味着“包括但不限于”的开放式术语。术语“基于”应当解读为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”和“一种实施例”应当解读为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”应当解读为“至少一个其他实施例”。

当在三维虚拟场景中对地形渲染时，通常先将地形进行网格化，每个地形网格在进行透视和投影变换后将覆盖显示设备上的多个像素。可以在地形网格中选择多个地形采样点。图1示出了一个示例性地形网格，其中ABCD是4个地形采样点，地形网格中的小点表示显示设备上的像素。

本发明的地形绘制方法基于地形采样点与材质层的匹配，其可以根据地形采样点中的地形特征参数自动确定不同地形材质的分布，进而完成地形绘制。

每个地形采样点可以具有高度、坡度、地表弧度等地形特征参数中的一种或多种。

高度表示地形采样点到基准高度的差值，取值范围是负无穷到正无穷。高度为0时表示与基准高度相同，高度为正数(大于0)时表示高度在基准高度之上，高度为负数(小于0)时表示高度在基准高度之下。

坡度表示地形采样点的坡度，例如由该坡度的正弦函数值表示，取值范围是0到1。正弦函数值为0时表示坡度是0度，正弦函数值为1时表示坡度是90度。

地表弧度表示地形采样点的表面曲率。曲率是针对曲线上某个点的切线方向角对弧长的转动率，通过微分来定义，表明曲线偏离直线的程度。曲率越大，表示曲线的弯曲程度越大。曲率的倒数是曲率半径：对于曲线，曲率半径等于最接近该点处曲线的圆弧的半径；对于表面，曲率半径是最适合正常截面或其他组合的圆的半径。地表弧度的取值范围是0到1，表面曲率为0时对应于地表弧度为0，表面曲率为正无穷时对应于地表弧度为1。

图2示出了根据本发明的一个实施例的地形材质数据集，该地形材质数据集包含两个部分：材质库410和材质集合420。

材质库410包含操作者创建的多种地形材质，操作者可以对材质库410进行操作，比如创建地形材质、删除地形材质、编辑地形材质等。材质库410中的每种地形材质都具有唯一的地形材质标识，所述地形材质标识例如数字1、2、……、n等。

材质库410中的地形材质保存：漫反射图、法线图、高度置换图、高光分布图、粗糙度图、金属性图等。

比如，漫反射图中保存地形材质细节对红绿蓝三种颜色光线的漫反射率；法线图保存地形材质细节的法线数据；高度置换图保存地形材质细节的高度相关信息；高光分布图保存地形材质细节的高光强度；粗糙度图和金属性图保存地形材质细节的粗糙度和金属性。

材质集合420包含多种材质层。操作者可以创建一个或多个材质集合，还可以对材质集合进行删除或编辑。所述编辑操作包括在该材质集合中创建材质层、删除材质层、修改材质层等。

材质集合420中的材质层包含如下的参数：

地形材质标识：它表示该材质层与材质库410中的某种地形材质相对应，例如，材质集合420的某材质层的地形材质标识为1，则它与材质库410中地形材质标识同为1的地形材质相对应。

地形高度参数：它表示该材质层可以被应用到哪些高度的地形采样点上，该地形高度参数的定义与上述地形特征参数中高度的定义相同。

地形坡度参数：它表示该材质层可以被应用到哪些坡度的地形采样点上，该地形坡度参数的定义与上述地形特征参数中坡度的定义相同。

地表弧度参数：它表示该材质层可以被应用到哪些地表弧度的地形采样点上，该地表弧度参数的定义与上述地形特征参数中地表弧度的定义相同。

材质层优先级：它表示该材质层的优先程度。如果某个地形采样点同时匹配多个材质层，则将使用材质优先级最高的材质层。该材质优先级可以是默认的，或由操作者实时选定的，例如在某一采样点同时匹配了沙地和草地时，如果在该材质集合中草地默认优先级高于沙地，则将使用草地作为该采样点的材质层；如果并无默认设置，则可以由操作者选择二者中的一种作为该采样点的材质层。

根据本发明的实施例，材质集合420的材质层中的地形高度参数、地形坡度参数和地表弧度参数可以是数值，也可以是数值范围。

在本发明的另一个实施例中，可以省略材质库410和地形材质标识。在该实施例中，漫反射图、法线图、高度置换图、高光分布图、粗糙度图、金属性图等贴图由材质集合420中的材质层直接保存。

图3示出了根据本发明的实施例的地形材质绘制方法，该绘制方法包含步骤S100至S150。

在步骤S100：选择待绘制区域，该区域的位置和大小可以进行调整。在本实施例中，还需要选择用于所述待绘制区域的地形材质集合作为当前地形材质集合。所述地形材质集合的选择可以由操作者人工完成，也可以根据预定规则由计算机自动完成。

在步骤S110，依次遍历待绘制区域中的所有地形采样点，并在遍历过程中判断每个当前地形采样点是否已被绘制。如果当前地形采样点未被绘制则进入步骤S120进行绘制，否则遍历下一个地形采样点，直到全部地形采样点已被遍历，从而结束绘制。

在步骤S120，获取当前地形采样点的地形特征参数，然后一一遍历当前材质集合中的材质层，并在遍历过程中按照下述步骤S130将当前地形采样点与当前材质层进行比对。在当前材质集合中的所有材质层都被遍历完毕后，进入步骤S150。

在步骤S130，获取当前材质层的地形特征参数，并将它们与当前地形采样点的地形特征参数进行比对。材质层的地形特征参数指的是地形高度参数、地形坡度参数、地表弧度参数等。例如，如果当前地形采样点的高度为100，而当前材质层中的地形高度参数范围为50至300，则认定当前地形采样点匹配了当前材质层的地形高度。又例如，如果当前地形采样点的坡度为0.5，而当前材质层中的地形坡度参数范围为0.8至1.0，则认定当前地形采样点没有匹配当前材质层的地形坡度。在一些实施例中，只有地形采样点的所有地形特征参数都匹配材质层的地形特征参数时，才认定该地形采样点和该材质层匹配。根据本发明的实施例，一旦发生匹配，则存储匹配的材质层，并返回到步骤S110，遍历到下一个地形采样点。在本发明的另一些实施例中，在发生匹配时进入步骤S140。如果未发生匹配，则返回步骤S120，遍历到下一个材质层。

根据本发明的实施例，地形采样点的地形特征参数匹配材质层的地形特征参数包括三种情况：(1)地形采样点与所述材质层的地形特征参数均相等；(2)地形采样点的一些地形特征参数部分与材质层的对应参数相等，并且地形采样点的其他地形特征参数落入材质层的对应地形特征参数的范围内；(3)地形采样点的所有地形特征参数全部落入材质层的对应地形特征参数的范围内。相反，如果这三种情况都不成立，则匹配不成功，返回步骤S120，遍历到当前材质集合中的下一个材质层。

在步骤S140，根据本发明的实施例，将匹配的材质层与预先存储的“最匹配的材质层”的优先级进行比较。可以设想，如果当前材质层是第一个匹配的材质层，则预先存储的“最匹配的材质层”为空，并且将当前材质层存储为“最匹配的材质层”。如果已经存储有“最匹配的材质层”，并且如果当前材质层的优先级较高，则将当前材质层替换存储“最匹配的材质层”；如果当前材质层的优先级较低，则不做任何操作。然后返回步骤S120以遍历到下一个材质层。

如上面说明的，材质优先级可以是默认的，或由操作者实时选定的。在本发明的实施例中，默认的优先级可以是一种材质层优于另一种材质层，例如，在匹配同一地形采样点的时候，可以默认草地材质层优先级高于沙地材质层；默认的优先级也可以是一种材质层中的地形特征参数优于另一种材质层的对应的地形特征参数，例如，如果当前地形采样点的高度为100，而材质层1中的地形高度参数范围为50至300，而材质层2中的地形高度参数范围为80至120，则认为材质层2在地形高度参数方面更匹配当前采样点。

在步骤S150，将步骤S140中记录的“最匹配的材质层”中的地形材质绘制于当前地形采样点。本实施例中如果没有材质层匹配当前地形采样点(即所有材质层都被遍历后，“最匹配的材质层”仍为空)，则将一个系统默认的地形材质绘制于当前地形采样点。该默认地形材质可以一个默认的基础地形材质，例如沙地；也可以是一种注释机制，例如在该地形采样点上显示红色叉号，以提示操作者当前选择的材质集合可能有错，或提示操作者对报错的地形采样点进行重新绘制。

在步骤S110所有地形采样点均已遍历完成后，结束本次绘制作业。至此，待绘制区域内所有的地形采样点或者被绘制了当前材质集合中与自身地形特征参数最匹配的地形材质，或者因为没有匹配的地形材质而按照系统默认的方式进行了绘制。

本发明中所述的“绘制”指的是将最匹配的地形材质关联到地形采样点，在关联操作后可以基于地形材质对地形网格进行渲染。例如，渲染操作可以是以在显示设备上被地形网格覆盖的每个像素坐标根据该地形材质中的不同贴图进行取值，将得到的数值输入给光照计算公式，从而得到地形材质最终的颜色并填入每个像素。

根据本发明的实施例，在需要对已绘制的地形进行修改时，可以将该地形直接设定为待绘制区域，并执行前述绘制方法，因此能提高修改速度。

本发明各实施例的方法和装置可以实现为纯粹的软件模块(例如用Java语言来编写的软件程序)，也可以根据需要实现为纯粹的硬件模块(例如专用ASIC芯片或FPGA芯片)，还可以实现为结合了软件和硬件的模块(例如存储有固定代码的固件系统)。

本发明的另一个方面是一种计算机可读介质，其上存储有计算机可读指令，所述指令被执行时可实施本发明各实施例的方法。

本领域普通技术人员可以意识到，以上所述仅为本发明的示例性实施例，并不用于限制本发明。本发明还可以包含各种修改和变化。任何在本发明的精神和范围内作的修改和变化均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (17)

1.一种用于绘制地形采样点的方法，包括：

将地形采样点的地形特征参数与至少一种材质层中的每一种材质层的对应的地形特征参数进行比对；以及

如果所述地形采样点与所述至少一种材质层中的一种材质层匹配，则在所述地形采样点上绘制所述一种材质层中的地形材质，或者如果所述地形采样点与所述至少一种材质层中的多种材质层匹配，则在所述地形采样点上绘制所述多种材质层中具有最高材质层优先级的一种材质层的地形材质。

2.根据权利要求1所述的方法，还包括：

在所述比对操作之前，选择包括所述地形采样点的待绘制区域。

3.根据权利要求1所述的方法，还包括：

建立地形材质数据集，所述地形材质数据集包含材质库与材质集合，所述材质库包含至少一种地形材质，所述材质集合包含所述至少一种材质层，所述至少一种材质层中的每一种材质层具有对应到所述至少一种地形材质中的一种地形材质的标识。

4.根据权利要求1所述的方法，还包括：

建立材质集合，所述材质集合包含所述至少一种材质层，所述至少一种材质层中每一种材质层都保存地形材质。

5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述地形材质保存漫反射图、法线图、高度置换图、高光分布图、粗糙度图、金属性图中的至少一种。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述地形特征参数包括地形高度参数、地形坡度参数和地表弧度参数中的至少一种。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述匹配发生于以下情形之一：

(1)所述地形采样点与所述一种材质层的地形特征参数均相等；

(2)所述地形采样点的一些地形特征参数与所述一种材质层的对应参数相等，并且所述地形采样点的其他地形特征参数落入所述一种材质层的对应地形特征参数的范围内；

(3)所述地形采样点的所有地形特征参数全部落入所述一种材质层的对应地形特征参数的范围内。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：

当不存在所述匹配的材质层时，在所述地形采样点上绘制默认的材质层和/或进行注释。

9.一种用于绘制地形采样点的装置，包括：

用于将地形采样点的地形特征参数与至少一种材质层中的每一种材质层的对应的地形特征参数进行比对的模块；

用于如果所述地形采样点与所述至少一种材质层中的一种材质层匹配，则在所述地形采样点上绘制所述一种材质层中的地形材质，或者如果所述地形采样点与所述至少一种材质层中的多种材质层匹配，则在所述地形采样点上绘制所述多种材质层中具有最高材质层优先级的一种材质层的地形材质的模块。

10.根据权利要求9所述的装置，还包括：

用于选择包括所述地形采样点的待绘制区域的模块。

11.根据权利要求9所述的装置，还包括：

用于建立地形材质数据集的模块，所述地形材质数据集包含材质库与材质集合，所述材质库包含至少一种地形材质，所述材质集合包含所述至少一种材质层，所述至少一种材质层中的每一种材质层具有对应到所述至少一种地形材质中的一种地形材质的标识。

12.根据权利要求9所述的装置，还包括：

用于建立材质集合的模块，所述材质集合包含所述至少一种材质层，所述至少一种材质层中每一种材质层都保存地形材质。

13.根据权利要求11或12所述的装置，其中，所述地形材质保存漫反射图、法线图、高度置换图、高光分布图、粗糙度图、金属性图中的至少一种。

14.根据权利要求9所述的装置，其中，所述地形特征参数包括地形高度参数、地形坡度参数和地表弧度参数中的至少一种。

15.根据权利要求9所述的装置，其中，所述匹配发生于以下情形之一：

(1)所述地形采样点与所述一种材质层的地形特征参数均相等；

(2)所述地形采样点的一些地形特征参数与所述一种材质层的对应参数相等，并且所述地形采样点的其他地形特征参数落入所述一种材质层的对应地形特征参数的范围内；

(3)所述地形采样点的所有地形特征参数全部落入所述一种材质层的对应地形特征参数的范围内。

16.根据权利要求9所述的装置，还包括：

用于当不存在所述匹配的材质层时，在所述地形采样点上绘制默认的材质层和/或进行注释的模块。

17.一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现根据权利要求1-8中任一项所述的方法。

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