CN111028361A - 三维模型及材质合并方法、装置、终端、存储介质以及渲染方法 - Google Patents

三维模型及材质合并方法、装置、终端、存储介质以及渲染方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种三维模型及材质合并方法、装置、终端、存储介质以及渲染方法，属于图像渲染技术领域，该合并方法包括获取三维模型文件、材质文件以及纹理贴图；确定贴图排布方式；对材质进行去重处理后，依据确定的贴图排布方式进行各通道的纹理贴图合并拼接，得到各通道的纹理贴图拼图；对三维模型和各通道的纹理贴图拼图进行存储尺寸优化后，生成配置文件并存储。该方法提升了三维模型及材质合并速度，减少了数据存储量，进而降低渲染CPU的数据加载量，提升了渲染效率。

Description

三维模型及材质合并方法、装置、终端、存储介质以及渲染 方法
技术领域
本发明属于图像渲染技术领域，具体涉及一种三维模型及材质合并方法、装置、终端、存储介质以及渲染方法。
背景技术
多模型及材质合并技术是指根据模型的UV、材质的特性等，将材质的BaseColor通道贴图合并为一张或几张图，将多个模型合并为一个模型或几个模型的技术。对于一些特殊情况，如带有透明材质属性的模型，不进行合并；如模型的UV远大于[0,1]范围或数据量无限增大，为了贴图的清晰，同样不做合并处理。该技术主要应用在实时渲染领域，因此材质贴图需要同时输出Metallic、Specular、Roughness、Normal、Emissive等通道信息。目前该技术的实现方式主要有三种方式，分别为：
第一种方式，主要是在游戏行业使用，美术人员在制作模型时，将多个模型进行合并，同时手动或半自动方式进行UV展开，调整到合理位置，材质的贴图根据UV进行绘制。该种方式的优点是UV分布合理，贴图的局部完整性强，能够对局部进行材质替换，不易出现黑边问题，表现效果最好；缺点是不能批量制作，人工成本较大。
第二种方式，是采用拓扑的方式进行多模型及材质的合并，即根据多个模型的贴图UV，选择UV展开相关工具，将多个模型的UV映射到合并后模型的UV，然后再把多模型对应的材质贴图烘焙到合并后的模型对应的材质贴图。该种方式的优点是能够批量制作，效果接近第一种方式；缺点是UV展开散乱，会出现黑边问题，引起模型法线问题，不能够对局部进行材质替换，对于复杂模型，UV展开和材质贴图烘焙时间成本较高。
第三种方式，基于Texture Atlases(纹理贴图集)进行多模型及材质合并，该方式将材质用到的贴图以某种方式排列在一张图上，然后根据贴图的位置，调整模型的UV位置，对模型进行合并。目前该技术在实时渲染引擎Unreal Engine 4的Actor Merging中有使用，其优点是能批量制作、不用对模型进行UV展开、能够进行材质替换、输出PBR材质各个通道信息等；缺点是如果模型的UV不规范，如超出[0,1]边界，模型的显示会出错；贴图的排布没有按重要性进行，如图片和纯色占用合成后的贴图面积一样，如果数据多的情况会导致模型显示效果模糊；处理速度较慢，如由于在编辑器中处理，打开编辑器以及导入模型和材质就用掉很多时间。
发明内容
本发明实施例提供一种三维模型及材质合并方法、装置、存储介质以及渲染方法，解决模型材质素材合并速度慢，同时优化三维实时渲染效率。该发明方案主要解决模型贴图素材合并后数据存储量大导致的渲染CPU过载以及由大量drawcall产生的渲染卡顿等问题。本发明的技术方案为：
第一方面，提供了一种三维模型及材质合并方法，所述方法包括：
步骤1数据采集：获取三维模型文件、材质文件以及纹理贴图；
步骤2确定贴图排布方式：包括纹理贴图拼图尺寸、纹理贴图拼图中纹理贴图的排布特性以及纹理贴图拼图的格式的确定；
步骤3材质去重及纹理贴图合并拼接：对材质进行去重处理后，依据确定的贴图排布方式进行各通道的纹理贴图合并拼接，得到各通道的纹理贴图拼图；
步骤4优化存储：对三维模型和各通道的纹理贴图拼图进行存储尺寸优化后，生成配置文件并存储。
第二方面，提供了一种三维模型及材质合并装置，所述装置包括：
数据获取模块，用于获取三维模型文件、材质文件以及纹理贴图；
贴图排布方式确定模块，用于确定贴图排布方式；
材质去重模块，用于对材质进行去重处理；
纹理贴图合并模块，用于依据确定的贴图排布方式进行各通道的纹理贴图合并拼接，得到各通道的纹理贴图拼图；
优化及配置模块，用于对三维模型和各通道的纹理贴图拼图进行存储尺寸优化后，生成配置文件并存储。
第三方面，提供了一种终端，所述终端包括一个或多个处理器和一个或多个存储器，所述一个或多个存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述一个或多个处理器加载并执行以实现上述的三维模型及材质合并方法所执行的操作。
第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现上述的三维模型及材质合并方法所执行的操作。
第五方面，提供了一种渲染方法，所述渲染方法包括：
依据上述三维模型及材质合并方法进行三维模型及材质合并生成配置文件；
基于所述配置文件，对三维模型进行渲染。
本发明的有益效果包括：
(1)本发明通过预先设定贴图排布方式，对三维模型和各通道的纹理贴图拼图进行存储尺寸优化，提升了三维模型及材质合并速度，能够进行流畅AR展示；
(2)本发明通过对材质去重、优化存储处理，减少数据存储量，降低渲染CPU的数据加载量，提升渲染效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1是本发明实施例提供的一种三维模型及材质合并方法的流程图；
图2(a)为原始场景图，图2(b)～图2(e)分别为Base Color、Metallic、Roughness、Specular通道的纹理贴图拼图；
图3是本发明实施例提供的一种三维模型及材质合并装置的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种三维模型及材质合并装置的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种三维模型及材质合并装置的结构示意图；
图6是终端的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的一种渲染方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例对本发明进行进一步的详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，并不限定本发明的保护范围。
图1是本发明实施例提供的一种三维模型及材质合并方法的流程图。参见图1，以对一个渲染场景中的多个三维模型及材质进行合并为例进行说明，该实施例包括：
S101，获取三维模型文件、材质文件以及纹理贴图。
其中，三维模型文件包含多个三维模型数据，每个三维模型具体代表一个小的产品，因此尺寸比较小。每个三维模型数据包含描述结构特征的顶点信息，指示渲染方向的法线信息、模型的纹理映射信息(UV信息)以及标识渲染材质的材质ID。该材质ID作为材质标识，将三维模型渲染部位与渲染需要材质对应起来，即根据材质ID可以将材质对应的纹理贴图根据模型的的UV信息烘焙到对应的三维模型渲染部位。
材质文件包含材质参数，材质类型不同，对应的材质参数不同，每种材质参数对应一个材质参数通道，以PBR材质为例，材质参数包括底色(Base Color)、金属感(Metallic)、镜面反射(Specular)、粗糙度(Roughness)、自发光颜色(Emissive Color)、不透明度(Opacity)以及法线(Normal)。每种材质参数也就是一种材质通道，通过调节不同材质通道数值即可以获得不同材质。例如对于自发光材质，仅通过混合自发光颜色(EmissiveColor)通道和不透明度(Opacity)通道即可以获得的。
纹理贴图主要是提供纹理信息，以尺寸较小的贴图形式呈现。
上述三维模型可以在本地通过三维建模软件建模获得，三维建模软件可以为3dsmax，Auto CAD、Maya等软件。在一些实施例中，也可以接收从终端发送的三维模型数据，还可以从云端下载三维模型数据，本发明实施例限定三维模型数据的获取方式。上述材质文件和纹理贴图均从数据库下载得到。
S102，确定贴图排布方式。
实施例中，采用装箱算法(bin pack)进行纹理贴图合并，当bin pack方式不同时，也就是贴图排布方式不同时，纹理贴图合并结果也不同，在实际应用时，根据需求确定贴图排布方式，该贴图排布方式包括纹理贴图拼图尺寸、纹理贴图拼图中纹理贴图的排布特性以及纹理贴图拼图的格式。
一些实施例中，当三维模型的渲染场景质量要求高于渲染流畅性要求时，即更关心渲染流畅性，例如三维模型应用于增强现实(Augmented Reality，AR)场景实时渲染时，为了增强实时渲染的流程性，可以限定纹理贴图拼图尺寸为2N×2N，且N的取值可以为11。
一些实施例中，当三维模型的渲染场景质量要求低于渲染流畅性要求时，即更关心渲染场景质量，例如三维模型应用于大场景的渲染时，这里的大场景是指由多个合并后的三维模型组成的场景。为了提高渲染场景质量，可以限定纹理贴图拼图尺寸为2N×2N，且N的取值可以为8或9。
纹理贴图拼图中纹理贴图的排布特性是指纹理贴图在纹理贴图拼图中的排放位置，即设定模型的UV在纹理贴图拼图中排布位置，有了模型的UV的排布信息后，即可以根据模型的UV信息将纹理贴图放到对应位置上。
一些实施例中，存在纯色材质，此时，在纹理贴图拼图中，将纯色材质对应的模型的UV限定在右边和下边，其他材质对应的模型的UV排布在剩余位置，然后，再根据模型的UV将纯色材质对应的纯色贴图和其他材质对应的其他纹理贴图排放到对应位置上。这里其他纹理贴图是指在纹理贴图集中，除了纯色贴图剩余的纹理贴图。
一些实施例中，当更关注材质颜色时，可以将纯色贴图和其他纹理贴图分别排布在两个纹理贴图拼图中，排布纯色贴图的纹理贴图拼图格式限定为.png，排布其他纹理贴图的纹理贴图拼图格式限定为.jpg，格式.png相对于格式.jpg分辨率高，纯色贴图的颜色更纯正。
纹理贴图拼图的格式是指纹理贴图拼图的存储格式，可以指定纹理贴图拼图的格式为.jpg或.png。举例说明，针对底色(Base Color)通道对应的纹理贴图拼图，简称PBase Color，一般限定存储格式为.jpg，当然更关注色彩时，底色(Base Color)通道对应的纹理贴图拼图包含PBase Color1和PBase Color2，其中，PBase Color1用于排布纯色贴图，限定格式为.png，PBase Color2用于排布其他纹理贴图，限定格式为.jpg，针对金属感(Metallic)、镜面反射(Specular)、粗糙度(Roughness)、自发光颜色(Emissive Color)、不透明度(Opacity)以及法线(Normal)通道对应的纹理贴图拼图均限定存储格式为.Png。
S103，对材质进行去重处理后，依据确定的贴图排布方式进行各通道的纹理贴图合并拼接，得到各通道的纹理贴图拼图。
由于三维模型文件中包含多个三维模型数据，每个三维模型对应多个材质，每个三维模型对应的材质之间，或者一个三维模型的材质之间存在材质重复的情况，这些重复材质直接会影响对应纹理贴图合并位置的浪费，因此，需要去除重复材质，并更新材质ID。假设，三维模型I中的A部位采用材质a，则材质a的ID可以表示Ia＝{IA}；三维模型II中的B部位采用材质a，材质a的ID可以表示IIa＝{IIB}，材质a为重复材质，将重复材质a去除后，材质a的ID更新为a＝{IA、IIB}，意思为三维模型I中的A部位和三维模型II中的B部位均采用材质a。
在渲染过程中，对透明材质的渲染是单独进行的，因此，在根据确定的贴图排布方式进行各通道纹理贴图合并拼接之前，剔除透明材质，不对透明材质进行各通道纹理贴图合并拼接，直接进入进行三维模型和纹理贴图拼图存储尺寸优化步骤。
在一些实施例中，当没有按照标准进行建模时会导致三维模型的UV值远大于[0,1]，这种情况下，在进行纹理贴图合并时会导致模型的UV出现重叠该现象会导致渲染效果模糊，因此在纹理贴图合并前需要进行模糊预判断。具体为：在根据确定的贴图排布方式进行各通道纹理贴图合并拼接之前，根据三维模型的UV信息，判断纹理贴图合并后是否会导致渲染效果模糊，对纹理贴图合并后是导致渲染效果模糊的三维模型的纹理贴图不进行合并。
在一个实施例中，可以采用切割几何的方式对纹理贴图合并后是否会导致渲染效果模糊进行预判。具体地，通过增加顶点数对三维模型中几何进行一次切割，统计切割后的顶点数，当该顶点数大于顶点数阈值时，即认为纹理贴图合并后是会导致渲染效果模糊，不进行各通道纹理贴图合并。
顶点数阈值是根据需求的渲染图像质量设定的，当要求渲染图像质量越高时，顶点数阈值越小。举例说明，在大众能够普遍接受的渲染图像质量下，顶点数值阈值可以设定为1.2K，K为原始三维模型顶点数，当几何切割后的顶点数大于1.2K时，则表示纹理贴图合并后是会导致渲染效果模糊，不进行各通道纹理贴图合并，直接进行三维模型和纹理贴图拼图存储尺寸优化步骤。因此，本发明实施例不对顶点数阈值进行具体限定。
在一个实施例中，当纹理贴图被复用而导致UV值远大于[0,1]时，表示在本来只允许排布一张纹理贴的排布区域排布了多张相同纹理贴图，会导致每张纹理贴图的分辨率极度降低，在渲染时，仅需要调用一个纹理贴图进行渲染，会直接影响渲染图像质量，为了防止这种现象出现，即还可以采用扩充图片的方式对纹理贴图合并后是否会导致渲染效果模糊进行预判。具体过程为：
对只允许排布一张纹理贴图的排布区域进行图片扩充，即增加排布区域内纹理贴图的数量，同时更改纹理贴图对应的UV值，当更新的UV值大于UV值阈值时，则认为纹理贴图合并后是会导致渲染效果模糊，不进行各通道纹理贴图合并。
UV值阈值是根据需求的渲染图像质量设定的，当要求渲染图像质量越高时，UV值阈值越小。举例说明，在大众能够普遍接受的渲染图像质量下，UV值阈值可以设定为[0,2]，当对图片扩充后更新的UV值小于[0,2]时，则纹理贴图合并后是会导致渲染效果模糊，不进行各通道纹理贴图合并，直接进行三维模型和纹理贴图拼图存储尺寸优化步骤。因此，本发明实施例不对UV值阈值进行具体限定。
通过对纹理贴图合并前需要进行模糊预判断，将纹理贴图合并后会出现重叠情况的三维模型的纹理贴图不进行合并，以避免纹理贴图合并后导致渲染图像模糊。
在确定好贴图排布方式后即可依据确定的贴图排布方式进行各通道的纹理贴图合并拼接，得到各通道的纹理贴图拼图，具体过程为；
针对每个通道，根据确定的贴图排布方式，也就是根据排布确定的UV信息，将对应的纹理贴图对应到UV上，即完成纹理贴图合并拼接。
在一些实施例中，在纹理贴图合并拼接过程中，为支持分级细化纹理(mip-map)，在纹理贴图拼接处做填充(padding)处理，同时对对应的模型的UV也做填充(padding)处理，以防止采样出现错误，具体地，可以将原来纹理贴图向内缩小n个像素，并以纹理贴图边界像素填充被释放的n个像素区域，同时也将对应的模型的UV向内缩小n个像素。n的取值一般为1～4。
对纹理贴图拼接处做填充(padding)处理能够防止渲染采样时，采样溢出导致存在错误，对模型的UV做填充(padding)处理，能够保证模型的UV与纹理贴图对应上，保证渲染的准确性，进而保证渲染图像的质量。
图2(a)为一个场景视图，利用上述过程进行纹理贴图合并后，得到的Base Color、Metallic、Roughness、Specular通道的纹理贴图拼图分别如2(b)～(e)所示。
S104，对三维模型和各通道的纹理贴图拼图进行存储尺寸优化后，生成配置文件并存储。
在保证渲染图像质量的基础上，为了减少渲染时数据的加载量，以提升实施渲染的流畅性，需要对三维模型和各通道的纹理贴图拼图的大小进行优化。
针对三维模型，降低三维模型的顶点数据和法线数据以及UV数据的数据精度，以实现对三维模型的存储尺寸的优化。在一些实施例中，对于顶点数据和法线数据可以保留三位小数，对UV数据，由于上述过程中对UV做了填充(padding)处理，为了不影响UV填充处理结果，UV数据可以保留五位小数。当然，数据精度的大小，即保留几位小数是根据需求而定的，在此不对数据精度进行具体限定。
由于材质的差异性导致纹理贴图拼图优化时分情况采用不同的优化策略。
在一些实施例中，透明材质相对于其他材质而言，渲染过程比较特殊，需要单独处理。因此，针对透明材质，直接对透明材质对应的各通道纹理贴图进行尺寸优化，即缩小各通道纹理贴图尺寸。
在一些实施例中，当不存在法线(Normal)贴图、自发光颜色(Emissive Color)通道信息时，则不生成法线通道、自发光颜色通道对应的纹理贴图拼图。
在一些实施例中，当金属感、镜面反射、粗糙度通道为纯色信息时，直接将金属感、镜面反射、粗糙度通道对应的纹理贴图拼图进行尺寸优化，即缩小纹理贴图拼图尺寸，或者将金属感、镜面反射、粗糙度通道合并到一张图的R、G、B三通道里，或者将金属感、镜面反射、粗糙度通道对应的纹理贴图拼图格式由.png转换为.jpg格式，以降低纹理贴图拼图的存储尺寸。
在一些实施例中，针对纹理贴图合并后是会导致渲染效果模糊的三维模型的纹理贴图，根据材质选择相应的纹理贴图优化过程进行纹理贴图优化。
在对三维模型和各通道的纹理贴图拼图进行存储尺寸优化后，对三维模型存储尺寸优化后的新三维模型、优化后的纹理贴图(该纹理贴图包括透明材质对应的纹理贴图和避免出现渲染模糊没有合并的纹理贴图以及纹理贴图拼图中的纹理贴图)进行文件配置生成，配置文件内容包括UV的缩放比例，纹理贴图在合并后贴图的位置及尺寸大小，padding大小等等，方便进行二次处理，如材质替换等。
渲染引擎进行渲染时，每加载一张图片要占用一个网络请求，图片数量增加导致网络请求数量的增加不仅影响模型展示的加载时间，而且如果有一个请求失败，或反复请求，会导致加载失败，降低用户体验，本发明实施例通过对三维模型和材质的合并，将大场景的多个三维模型的纹理贴图合并到几张纹理贴图拼图中，降低了渲染引擎渲染时请求加载图片占用的网络请求，提升了图片加载的速率，保证渲染效率。
同时，本发明实施例通过三维模型和材质的合并，能够降低模型及纹理贴图的数量，降低了渲染绘制接口的数量，进而使渲染更流畅，提升了渲染效率，避免了渲染卡顿现象的发生。
众所周知，图片在显存中是以Bitmap形式存在，几十张图片的显存开销可能是上百兆，本发明实施例通过三维模型和材质的合并，并结合对三维模型和各通道的纹理贴图拼图进行存储尺寸优化，使合并后的贴图降到十几兆或者几兆，大大降低了显存开销，提升了数据传输效率，进而提升了渲染效率。
图3为是本发明实施例提供的一种三维模型及材质合并装置的流程图。参见图3，以对一个渲染场景中的多个三维模型及材质进行合并为例进行说明，该三维模型及材质合并装置300包括：
数据获取模块301，用于获取三维模型文件、材质文件以及纹理贴图；
贴图排布方式确定模块302，用于确定贴图排布方式；
材质去重模块303，用于对材质进行去重处理；
纹理贴图合并模块304，用于依据确定的贴图排布方式进行各通道的纹理贴图合并拼接，得到各通道的纹理贴图拼图；
优化及配置模块305，用于对三维模型和各通道的纹理贴图拼图进行存储尺寸优化后，生成配置文件并存储。
在一个实施例中，如图4所示，三维模型及材质合并装置300还包括：
透明材质剔除及优化模块401，用于在根据确定的贴图排布方式进行各通道纹理贴图合并拼接之前，剔除透明材质，不对透明材质进行各通道纹理贴图合并拼接，直接对透明材质对应的各通道纹理贴图进行尺寸优化，即缩小各通道纹理贴图尺寸。
在一个实施例中，如图5所示，三维模型及材质合并装置300还包括：
模糊预判断模块501，用于在根据确定的贴图排布方式进行各通道纹理贴图合并拼接之前，根据三维模型的UV信息，判断纹理贴图合并后是否会导致渲染效果模糊，对纹理贴图合并后会导致渲染效果模糊的三维模型的纹理贴图不进行合并。
维模型及材质合并装置实施例通过对三维模型和材质的合并，将大场景的多个三维模型的纹理贴图合并到几张纹理贴图拼图中，降低了渲染引擎渲染时请求加载图片占用的网络请求，提升了图片加载的速率，保证渲染效率。同时，通过三维模型和材质的合并，能够降低模型及纹理贴图的数量，降低了渲染绘制接口的数量，进而使渲染更流畅，提升了渲染效率，避免了渲染卡顿现象的发生。此外，通过三维模型和材质的合并，并结合对三维模型和各通道的纹理贴图拼图进行存储尺寸优化，使合并后的贴图降到十几兆或者几兆，大大降低了显存开销，提升了数据传输效率，进而提升了渲染效率。
需要说明的是：上述实施例提供的三维模型及材质合并装置在三维模型及材质合并时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成。上述实施例提供三维模型及材质合并装置与三维模型及材质合并方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见三维模型及材质合并方法实施例。这里不再赘述。
图6是本发明实施例提供了的终端600的结构示意图，参见图6，该终端600可以是智能手机、平板电脑、笔记本电脑以及台式电脑。终端600还可能被称为用户设备，便携式终端、膝上型终端、台式终端等其他名称。
通常，终端600包括处理器601和存储器602。存储器1202可以包括一个或多个计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质可以是非暂态的。存储器602还可包括高速随机存取存储器，以及非易失性存储器，比如一个或多个磁盘存储设备、闪存存储设备。在一些实施例中，存储器602中的非暂态的计算机可读存储介质用于存储至少一个指令，该至少一个指令用于被处理器601所执行以实现本申请中方法实施例提供的三维模型及材质合并方法。
在一些实施例中，终端600还可以包括外围设备接口603和至少一个外围设备。处理器601、存储器602和外围设备接口603之间可以通过总线或信号线相连。各个外围设备可以通过总线、信号线或电路板与外围设备接口603相连。具体地，外围设备包括：射频电路604、触摸显示屏605、摄像头606、音频电路607和电源608中的至少一种。
本领域技术人员可以理解，图6中示出的结构并不构成对终端600的限定，可以包括比图示更多或更少的组件，或者组合某些组件，或者采用不同的组件布置。
在示例性实施例中，还提供了一种计算机可读存储介质，例如包括至少一条指令的存储器，上述至少一条指令可由终端中的处理器执行以完成上述实施例中三维模型及材质合并方法。例如，该计算机可读存储介质可以是ROM、随机存取存储器(RAM)、CD-ROM、磁带、软盘和光数据存储设备等。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
图7为是本发明实施例提供的渲染方法的流程图。参见图7，以对一个渲染场景进行渲染为例进行说明，该渲染方法包括：
S701，依据上述三维模型及材质合并方法进行三维模型及材质合并生成配置文件；
S702，基于所述配置文件，对三维模型进行渲染。
该渲染方法由于采用上述三维模型及材质的合并方法进行三维模型和材质合并，降低了渲染引擎渲染时请求加载图片占用的网络请求，提升了图片加载的速率，保证渲染效率，降低了渲染绘制接口的数量，进而使渲染更流畅，提升了渲染效率，避免了渲染卡顿现象的发生。
上述渲染方法可以应用到Apple AR展示中，IOS12新增AR Quick Look功能，能够实时显示三维模型，并且能够快速切换到AR模式，由于该功能支持所有能升级到IOS12的机型，因此对展示文件usdz做限制，保证能够正常运行。在批量处理模型是，如某个床，包括床、床头柜、摆件、被子等，有70多个mesh及对应的70多个材质，贴图有40多张，如果不做合并处理，生成的usdz文件会很大，且因为显示限制原因无法正常显示，但经过本发明的三维模型及材质合并处理后，在实时渲染时能够流畅的显示。
上述渲染方法可以应用到在大场景的应用中，加载一个房间，其中的桌椅板凳，家电，装饰灯素材文件会非常多。每一个模型都对应着几张甚至十几张贴图文件，最终的加载数量会非常大。成功加载之后，由于每个素材或贴图都要单独绘制，无法合并，也会导致最终的FPS非常低下。当整个场景的模型和素材纹理达到四位数时(非常常见)，卡顿现象就会直接导致无法接受的程度。但是经过本发明三维模型及材质合并处理后，加载速度和FPS都会得到巨大的提升。
表1为一些实际场景测试的结果：
Figure BDA0002277633130000151
Figure BDA0002277633130000161
根据表1可以明显得到，本发明提供的三维模型及材质合并方法和装置能够大大降低渲染引擎渲染时请求加载图片占用的网络请求数量、降低了渲染绘制接口的数量，大大降低了显存开销，以此提升了渲染效率。
以上所述的具体实施方式对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的最优选实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种三维模型及材质合并方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤1数据采集：获取三维模型文件、材质文件以及纹理贴图；
步骤2确定贴图排布方式：包括纹理贴图拼图尺寸、纹理贴图拼图中纹理贴图的排布特性以及纹理贴图拼图的格式的确定；
步骤3材质去重及纹理贴图合并拼接：对材质进行去重处理后，依据确定的贴图排布方式进行各通道的纹理贴图合并拼接，得到各通道的纹理贴图拼图；
步骤4优化存储：包括对三维模型和各通道的纹理贴图拼图进行存储尺寸优化，后生成配置文件并存储。
2.如权利要求1所述的三维模型及材质合并方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述步骤2之前，剔除透明材质，不对透明材质进行各通道纹理贴图合并拼接，直接对透明材质对应的各通道纹理贴图进行尺寸优化，即缩小各通道纹理贴图尺寸。
3.如权利要求1所述的三维模型及材质合并方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述步骤2之前，根据三维模型的UV信息，判断纹理贴图合并后是否会导致渲染效果模糊，对纹理贴图合并后会导致渲染效果模糊的三维模型的纹理贴图不进行合并。
4.如权利要求3所述的三维模型及材质合并方法，其特征在于，所述方法还包括：采用切割几何的方式对纹理贴图合并后是否会导致渲染效果模糊进行预判，具体过程为：
通过增加顶点数对三维模型中几何进行一次切割，统计切割后的顶点数，当该顶点数大于顶点数阈值时，即认为纹理贴图合并后是会导致渲染效果模糊，不进行各通道纹理贴图合并。
5.如权利要求3所述的三维模型及材质合并方法，其特征在于，所述方法还包括：采用扩充图片的方式对纹理贴图合并后是否会导致渲染效果模糊进行预判，具体过程为：
对只允许排布一张纹理贴图的排布区域进行图片扩充，即增加排布区域内纹理贴图的数量，同时更改纹理贴图对应的UV值，当更新的UV值大于UV值阈值时，即认为纹理贴图合并后是会导致渲染效果模糊，不进行各通道纹理贴图合并。
6.如权利要求1所述的三维模型及材质合并方法，其特征在于，在纹理贴图合并拼接过程中，在纹理贴图拼接处做填充处理，同时对对应的模型的UV也做填充处理。
7.如权利要求1所述的三维模型及材质合并方法，其特征在于，对三维模型进行存储尺寸优化包括：
降低三维模型的顶点数据和法线数据以及UV数据的数据精度，以实现对三维模型的存储尺寸的优化。
8.如权利要求1所述的三维模型及材质合并方法，其特征在于，对纹理贴图拼图进行存储尺寸优化包括：
当不存在法线贴图、自发光颜色通道信息时，则不生成法线通道、自发光颜色通道对应的纹理贴图拼图。
9.如权利要求1所述的三维模型及材质合并方法，其特征在于，对纹理贴图拼图进行存储尺寸优化包括：
当金属感、镜面反射、粗糙度通道为纯色信息时，直接将金属感、镜面反射、粗糙度通道对应的纹理贴图拼图进行尺寸优化，即缩小纹理贴图拼图尺寸，或者将金属感、镜面反射、粗糙度通道合并到一张图的R、G、B三通道里，或者将金属感、镜面反射、粗糙度通道对应的纹理贴图拼图格式由.png转换为.jpg格式，以降低纹理贴图拼图的存储尺寸。
10.一种三维模型及材质合并装置，其特征在于，所述装置包括：
数据获取模块，用于获取三维模型文件、材质文件以及纹理贴图；
贴图排布方式确定模块，用于确定贴图排布方式；
材质去重模块，用于对材质进行去重处理；
纹理贴图合并模块，用于依据确定的贴图排布方式进行各通道的纹理贴图合并拼接，得到各通道的纹理贴图拼图；
优化及配置模块，用于对三维模型和各通道的纹理贴图拼图进行存储尺寸优化后，生成配置文件并存储。
11.如权利要求10所述的三维模型及材质合并装置，其特征在于，所述装置还包括：
透明材质剔除及优化模块，用于在根据确定的贴图排布方式进行各通道纹理贴图合并拼接之前，剔除透明材质，不对透明材质进行各通道纹理贴图合并拼接，直接对透明材质对应的各通道纹理贴图进行尺寸优化，即缩小各通道纹理贴图尺寸。
12.如权利要求10所述的三维模型及材质合并装置，其特征在于，所述装置还包括：
模糊预判断模块，用于在根据确定的贴图排布方式进行各通道纹理贴图合并拼接之前，根据三维模型的UV信息，判断纹理贴图合并后是否会导致渲染效果模糊，对纹理贴图合并后会导致渲染效果模糊的三维模型的纹理贴图不进行合并。
13.一种终端，其特征在于，所述终端包括一个或多个处理器和一个或多个存储器，所述一个或多个存储器中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由所述一个或多个处理器加载并执行以实现如权利要求1至权利要求10任一项所述的三维模型及材质合并方法所执行的操作。
14.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有至少一条指令，所述至少一条指令由处理器加载并执行以实现如权利要求1至权利要求9任一项所述的三维模型及材质合并方法所执行的操作。
15.一种渲染方法，其特征在于，所述渲染方法包括：
依据权利要求1至权利要求9任一项所述的三维模型及材质合并方法进行三维模型及材质合并生成配置文件；
基于所述配置文件，对三维模型进行渲染。
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