CN111340926A - 一种渲染方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种渲染方法及装置，所述方法获取待渲染场景，利用四叉树对所述待渲染场景进行划分，得到待渲染信息；对所述待渲染信息进行可见性检测，基于所述可见性检测结果确定渲染队列；获取预先生成的针对所述渲染队列的渲染对象的全局光照信息，使得所述目标渲染组件能够对所述渲染队列的渲染对象进行渲染。实现了对渲染信息的重新构建，能够降低渲染批次，减少带宽的占用，提升运行流畅和用户体验效果。

Description

一种渲染方法及装置

技术领域

本发明涉及信息处理技术领域，特别是涉及一种渲染方法及装置。

背景技术

在互联网游戏中，游戏场景能够给用户带来不同的体验效果。其中，游戏地表的多种多样的植被能够使得游戏更加具有生机。但是，大量的植被在进行渲染时，单一渲染批次内只能完成单一材质单一网格的单一渲染对象的渲染。其中，材质表示图像设备完成物体的渲染所要依据的信息，单一网格记录了需要渲染的物体的三角面信息，单一渲染对象是指具备材质、网格信息，以及位置、旋转、缩放信息的一个数据结构。

如果大量的植被使用上述方式进行渲染，就需要大量的渲染批次，渲染批次高，设备带宽占用大，会使得占用过多处理资源，降低运行流畅程度，使得用户的体验效果较差。

发明内容

针对于上述问题，本发明提供一种渲染方法及装置，实现了减少渲染批次，提升运行流畅程度，保证用户体验效果的目的。

为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种渲染方法，所述方法包括：

获取待渲染场景；

利用四叉树对所述待渲染场景进行划分，得到待渲染信息，所述待渲染信息表征以预设大小的存储结构为单位，组织成的能够调用目标渲染组件进行渲染的信息；

对所述待渲染信息进行可见性检测，基于所述可见性检测结果确定渲染队列；

获取预先生成的针对所述渲染队列的渲染对象的全局光照信息，使得所述目标渲染组件能够对所述渲染队列的渲染对象进行渲染。

可选地，所述利用四叉树对所述待渲染场景进行划分，得到渲染信息，包括：

利用四叉树对场景进行划分，并依据预设的所述四叉树的最小叶子节点的尺寸，确定每一个叶子节点为一个目标子区域，所述目标子区域表征预设大小的存储结构，且形状为正方形，边长为叶子节点的最小尺寸；

若所述待渲染场景的渲染对象为植被，利用所述目标子区域对所述植被进行覆盖，获得每一个目标子区域的植被对象，使得所述四叉树的每一个节点记录所有子节点获得植被数据量之和。

可选地，所述方法还包括：

当对所述渲染信息进行渲染时，若四叉树第一节点的植被数量为零，跳过所述第一节点对应分支，使得对所述第一节点对应分支不进行渲染。

可选地，所述对所述待渲染信息进行可见性检测，包括：

根据目标相机的位置关联信息，对所述四叉树的各个节点进行遍历，得到可见性检测结果；所述位置关联信息表征所述目标相机的位置和朝向信息，所述目标相机表征对渲染信息进行渲染的相机，所述可见性检测结果包括可见节点和不可见节点。

可选地，所述方法还包括：生成针对所述渲染队列的渲染对象的全局光照信息，包括：

根据待渲染场景的尺寸信息，按照预设距离间隔，利用目标渲染组件的射线查找功能，遍历所述待渲染场景，获得每个射线的查找结果；

对所述每个射线的查找结果进行标记，并依据标记结果获得所述待渲染队列的全局光照信息，其中，所述每个射线的查找结果包括目标组件记录的被射线集中位置的场景全局光照信息。

一种渲染装置，所述装置包括：

获取单元，用于获取待渲染场景；

划分单元，用于利用四叉树对所述待渲染场景进行划分，得到待渲染信息，所述待渲染信息表征以预设大小的存储结构为单位，组织成的能够调用目标渲染组件进行渲染的信息；

检测单元，用于对所述待渲染信息进行可见性检测，基于所述可见性检测结果确定渲染队列；

渲染单元，用于获取预先生成的针对所述渲染队列的渲染对象的全局光照信息，使得所述目标渲染组件能够对所述渲染队列的渲染对象进行渲染。

可选地，所述划分单元包括：

区域确定子单元，用于利用四叉树对场景进行划分，并依据预设的所述四叉树的最小叶子节点的尺寸，确定每一个叶子节点为一个目标子区域，所述目标子区域表征预设大小的存储结构，且形状为正方形，边长为叶子节点的最小尺寸；

获取子单元，用于若所述待渲染场景的渲染对象为植被，利用所述目标子区域对所述植被进行覆盖，获得每一个目标子区域的植被对象，使得所述四叉树的每一个节点记录所有子节点获得植被数据量之和。

可选地，所述装置还包括：

筛选单元，用于当对所述渲染信息进行渲染时，若四叉树第一节点的植被数量为零，跳过所述第一节点对应分支，使得对所述第一节点对应分支不进行渲染。

可选地，所述检测单元具体用于：

根据目标相机的位置关联信息，对所述四叉树的各个节点进行遍历，得到可见性检测结果；所述位置关联信息表征所述目标相机的位置和朝向信息，所述目标相机表征对渲染信息进行渲染的相机，所述可见性检测结果包括可见节点和不可见节点。

可选地，所述装置还包括生成单元，所述生成单元用于生成针对所述渲染队列的渲染对象的全局光照信息，所述生成单元包括：

遍历子单元，用于根据待渲染场景的尺寸信息，按照预设距离间隔，利用目标渲染组件的射线查找功能，遍历所述待渲染场景，获得每个射线的查找结果；

标记子单元，用于对所述每个射线的查找结果进行标记，并依据标记结果获得所述待渲染队列的全局光照信息，其中，所述每个射线的查找结果包括目标组件记录的被射线集中位置的场景全局光照信息。

相较于现有技术，本发明提供了一种渲染方法及装置，所述方法获取待渲染场景，利用四叉树对所述待渲染场景进行划分，得到待渲染信息；对所述待渲染信息进行可见性检测，基于所述可见性检测结果确定渲染队列；获取预先生成的针对所述渲染队列的渲染对象的全局光照信息，使得所述目标渲染组件能够对所述渲染队列的渲染对象进行渲染。实现了对渲染信息的重新构建，能够降低渲染批次，减少带宽的占用，提升运行流畅和用户体验效果。

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作简单地介绍，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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种渲染方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种渲染装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。

在本发明实施例中提供了一种渲染方法，通常大规模植被渲染技术是将若干个材质相同的植被合并成一个网格，作为一个新的渲染对象进行渲染，但是由于植被只是被合拼成了一个更大的网格，三角面的数量没有减少，CPU向GPU传输的数据没有减少，本发明是利用在现有的渲染组件，如Unity引擎原生GPUInstancing技术，在渲染批次数优化的基础之上，减少对带宽的占用。而Unity引擎原生GPUInstancing技术的方案，虽然会有效降低植被的渲染批次，但是，受限于Unity引擎自身的场景管理机制，动辄十数万数量级的植被，依然会导致Untiy引擎因为渲染对象过多，而游戏逻辑运行不畅的问题，甚至，在Unity引擎的编辑器中，运行效率就已经低到美术人员无法正常使用的程度。所以，本方案将植被渲染对象使用独立于Untiy引擎场景管理系统的方式，重新组织起来，直接调用Untiy引擎底层提供的图形API接口，以此来实现大规模的植被渲染。

参见图1，其示出了本发明实施例提供的一种渲染方法的流程示意图，所述方法可以包括以下步骤：

S101、获取待渲染场景。

渲染场景表征了需要进行渲染的区域或者场景。场景中会包括带渲染对象，如植被等。

S102、利用四叉树对所述待渲染场景进行划分，得到待渲染信息。

利用四叉树对场景进行划分，并依据预设的所述四叉树的最小叶子节点的尺寸，确定每一个叶子节点为一个目标子区域，所述目标子区域表征预设大小的存储结构，且形状为正方形，边长为叶子节点的最小尺寸；若所述待渲染场景的渲染对象为植被，利用所述目标子区域对所述植被进行覆盖，获得每一个目标子区域的植被对象，使得所述四叉树的每一个节点记录所有子节点获得植被数据量之和。

具体的，本发明中不考虑场景水平垂直的维度上，存在上下遮挡的场景结构的情况，故此，将场景简化为地面水平的结构，使用四叉树进行细分，主要目的是为了提升场景的遍历效率。使用四叉树对场景进行细分，并设置一个最小叶子节点尺寸，该最小叶子节点尺寸可以是程序人员与美术人员依据实际经验进行确定的。每个叶子节点即为一个目标子区域，可以用chunk表征。其形状为正方形，边长即为叶子节点最小尺寸。整个游戏场景每一处可能布置植被的位置，均会被唯一的chunk覆盖到，只考虑植被渲染对象的根部中心位置为一个位置很小的点，所以，每一个植被渲染对象，都会落在唯一的chunk中。每一个chunk内的植被渲染对象的数量均会被记录，并且四叉树的每一个节点均会记录自己所有子节点所记录的植被数量的和，在渲染时，如果发现某个节点的植被数量为0，则直接将该分支跳过。

例如，当对所述渲染信息进行渲染时，若四叉树第一节点的植被数量为0，跳过所述第一节点对应分支，使得对所述第一节点对应分支不进行渲染。

S103、对所述待渲染信息进行可见性检测，基于所述可见性检测结果确定渲染队列。

根据目标相机的位置关联信息，对所述四叉树的各个节点进行遍历，得到可见性检测结果；所述位置关联信息表征所述目标相机的位置和朝向信息，所述目标相机表征对渲染信息进行渲染的相机，所述可见性检测结果包括可见节点和不可见节点。

其中，可见节点和不可见节点是根据这个节点在场景中的位置，渲染相机的位置，朝向，共同决定的。节点的可见性检测分两步，第一步，如果一个节点植被数为0，会被直接判断为不可见。第二步，如果这个节点的植被数不为0，则根据这个节点所在的位置，以及节点尺寸，还有当前渲染相机的位置和朝向，判断这个节点是否对相机可见，如果可见记为可见，反之记为不可见。

具体的，在操作过程中会根据每个植被渲染对象的网格和材质，将同一目标子区域的(chunk)内相同材质和网格的植被渲染对象的位置、旋转、缩放信息，生成该渲染对象的世界空间矩阵，并将矩阵组织成队列(该队列表征计算机的一种数据组织形式)。因为Unity引擎针对GPUInstancing的两个API中的一个在移动设备上的兼容性不佳，针对移动终端的渲染，不能采用这个API，所以只能使用剩余的一个API(Graphics.DrawMeshInstanced)。而此API对每次送入的矩阵数组长度有限制，所以，需要对同一chunk内相同材质和网格的植被渲染对象的世界矩阵队列，进行分割，组织成一个矩阵数组的队列，每个矩阵数组的长度为API(Graphics.DrawMeshInstanced)的矩阵数组限制最大值，多余的，不够一个限制数量的矩阵，按照其数量单独申请一个数组，挂在矩阵数组队列尾。将分割结果序列化成文件(使用Untiy引擎提供的ScriptableObject技术，开发成本低)，以供引擎运行时，作为渲染植被的依据。

为了提高渲染的效率，按照四叉树组织起来的chunk信息，根据游戏相机(负责渲染图像)的位置，朝向，对四叉树的各个子节点进行遍历，做可见性检测。(记录的植被数量为0的节点会连带其子节点一起被判定为不可见，直接跳过可见性检测。)经过可见性检测，判定为对相机可见的chunk内，序列化的植被渲染对象的世界矩阵数组，会通过调用API(Graphics.DrawMeshInstanced)送进渲染队列(渲染队列里面的渲染管理，由Unity引擎的功能完成，不需要额外的工作)。可见性检测还包括一个距离的检测，一定视距外的植被将不被显示。以上，四叉树子节点的可见性检测和chunk与游戏相机距离两个检测手段，共同作用，来减少不必要的渲染，提升渲染效率。

S104、获取预先生成的针对所述渲染队列的渲染对象的全局光照信息，使得所述目标渲染组件能够对所述渲染队列的渲染对象进行渲染。

因为在本发明的方案中可以脱离Unity引擎原有的场景管理系统，所以不能直接使用Unity引擎自带的全局光照预生成方案，需要一套额外的光照解决方案。在本发明实施例中根据待渲染场景的尺寸信息，按照预设距离间隔，利用目标渲染组件(可以是Unity引擎)的射线查找功能，遍历所述待渲染场景，获得每个射线的查找结果；所述每个射线的查找结果，包含了Unity引擎记录的，被射线击中位置的场景全局光照信息，使得获得所述待渲染队列的全局光照信息。

具体的，Unity引擎会给场景中的静态物体离线生成LightMap和ShadowMask两组纹理，用来得到表现丰富的场景光照结果。本方案会按照游戏场景的尺寸，以约定的距离间隔，使用Unity引擎的射线查找功能，以离线的方式，遍历整个游戏场景，获取每个射线查找结果中，被标记为植被支撑面(上面会被种植植被的渲染对象)的渲染对象的LightMap和ShadowMask的纹理在查找点的像素颜色信息，并做记录，分别保存在给草使用的LightMap和ShadowMask纹理中。因为植被物体的尺寸相对小，它在场景中的全局光照结果(可以理解成LightMap)和静态阴影结果(可以理解成ShadowMask)，近似等于它所被布置在的位置的渲染对象的LightMap和ShadowMask结果。同一个射线查找位置，只取一个渲染对象的LightMap和ShadowMask信息，不做多个结果的融合操作(根据实际结果得到的这个结论)。每个游戏场景各自生成且只生成一张植被用的LightMap和ShadowMask纹理。

游戏运行时(可以理解为此时引擎在运行)，根据事先序列化的，植被渲染对象的世界矩阵数组信息(游戏运行开始时已被加载进内存)，调用API(Graphics.DrawMeshInstanced)进行渲染。同时，游戏场景中给植被用的LightMap和ShadowMask被作为全局纹理送进shader，来保证植被的光照结果正确。

在本发明中降低了CPU向GPU传输数据量的大小，即降低了对带宽的占用。同时，避免了Unity原生GPUInstancing方案的游戏场景中植被渲染对象数量太多带来的根本无法满足实际使用要求的问题。

同时，因为Unity引擎原生的GPUInstancing方案虽然具备完整光照方案，但是因为渲染对象数量太多而不能使用的问题，在Unity引擎的现有功能基础之上，提供了完整的植被光照方案。本方案的使用范围为移动设备游戏，对植被的全局光照信息的准确性要求有限，所以可以利用植被渲染对象的尺寸相对较小，并且其全局光照信息近似等于其所在位置的全局光照信息的特点，直接根据场景已有的全局光照信息生成植被所需的全局光照信息纹理。

在本发明实施例还提供了一种渲染装置，参见图2，所述装置包括：

获取单元10，用于获取待渲染场景；

划分单元20，用于利用四叉树对所述待渲染场景进行划分，得到待渲染信息，所述待渲染信息表征以预设大小的存储结构为单位，组织成的能够调用目标渲染组件进行渲染的信息；

检测单元30，用于对所述待渲染信息进行可见性检测，基于所述可见性检测结果确定渲染队列；

渲染单元40，用于获取预先生成的针对所述渲染队列的渲染对象的全局光照信息，使得所述目标渲染组件能够对所述渲染队列的渲染对象进行渲染。

在上述实施例的基础上，所述划分单元包括：

区域确定子单元，用于利用四叉树对场景进行划分，并依据预设的所述四叉树的最小叶子节点的尺寸，确定每一个叶子节点为一个目标子区域，所述目标子区域表征预设大小的存储结构，且形状为正方形，边长为叶子节点的最小尺寸；

获取子单元，用于若所述待渲染场景的渲染对象为植被，利用所述目标子区域对所述植被进行覆盖，获得每一个目标子区域的植被对象，使得所述四叉树的每一个节点记录所有子节点获得植被数据量之和。

在上述实施例的基础上，所述装置还包括：

筛选单元，用于当对所述渲染信息进行渲染时，若四叉树第一节点的植被数量为零，跳过所述第一节点对应分支，使得对所述第一节点对应分支不进行渲染。

在上述实施例的基础上，所述检测单元具体用于：

根据目标相机的位置关联信息，对所述四叉树的各个节点进行遍历，得到可见性检测结果；所述位置关联信息表征所述目标相机的位置和朝向信息，所述目标相机表征对渲染信息进行渲染的相机，所述可见性检测结果包括可见节点和不可见节点。

在上述实施例的基础上，所述装置还包括生成单元，所述生成单元用于生成针对所述渲染队列的渲染对象的全局光照信息，所述生成单元包括：

遍历子单元，用于根据待渲染场景的尺寸信息，按照预设距离间隔，利用目标渲染组件的射线查找功能，遍历所述待渲染场景，获得每个射线的查找结果；

标记子单元，用于对所述每个射线的查找结果进行标记，并依据标记结果获得所述待渲染队列的全局光照信息，其中，所述每个射线的查找结果包括目标组件记录的被射线集中位置的场景全局光照信息。

本发明提供了一种渲染装置，获取单元获取待渲染场景，划分单元利用四叉树对所述待渲染场景进行划分，得到待渲染信息；检测单元对所述待渲染信息进行可见性检测，基于所述可见性检测结果确定渲染队列；渲染单元获取预先生成的针对所述渲染队列的渲染对象的全局光照信息，使得所述目标渲染组件能够对所述渲染队列的渲染对象进行渲染。实现了对渲染信息的重新划分，能够降低渲染批次，减少带宽的占用，提升运行流畅和用户体验效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种渲染方法，其特征在于，所述方法包括：

获取待渲染场景；

利用四叉树对所述待渲染场景进行划分，得到待渲染信息，所述待渲染信息表征以预设大小的存储结构为单位，组织成的能够调用目标渲染组件进行渲染的信息；

对所述待渲染信息进行可见性检测，基于所述可见性检测结果确定渲染队列；

获取预先生成的针对所述渲染队列的渲染对象的全局光照信息，使得所述目标渲染组件能够对所述渲染队列的渲染对象进行渲染。

2.根据权利要求1所述的方法，所述利用四叉树对所述待渲染场景进行划分，得到渲染信息，包括：

利用四叉树对场景进行划分，并依据预设的所述四叉树的最小叶子节点的尺寸，确定每一个叶子节点为一个目标子区域，所述目标子区域表征预设大小的存储结构，且形状为正方形，边长为叶子节点的最小尺寸；

若所述待渲染场景的渲染对象为植被，利用所述目标子区域对所述植被进行覆盖，获得每一个目标子区域的植被对象，使得所述四叉树的每一个节点记录所有子节点获得植被数据量之和。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

当对所述渲染信息进行渲染时，若四叉树第一节点的植被数量为零，跳过所述第一节点对应分支，使得对所述第一节点对应分支不进行渲染。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对所述待渲染信息进行可见性检测，包括：

根据目标相机的位置关联信息，对所述四叉树的各个节点进行遍历，得到可见性检测结果；所述位置关联信息表征所述目标相机的位置和朝向信息，所述目标相机表征对渲染信息进行渲染的相机，所述可见性检测结果包括可见节点和不可见节点。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：生成针对所述渲染队列的渲染对象的全局光照信息，包括：

根据待渲染场景的尺寸信息，按照预设距离间隔，利用目标渲染组件的射线查找功能，遍历所述待渲染场景，获得每个射线的查找结果；

对所述每个射线的查找结果进行标记，并依据标记结果获得所述待渲染队列的全局光照信息，其中，所述每个射线的查找结果包括目标组件记录的被射线集中位置的场景全局光照信息。

6.一种渲染装置，其特征在于，所述装置包括：

获取单元，用于获取待渲染场景；

划分单元，用于利用四叉树对所述待渲染场景进行划分，得到待渲染信息，所述待渲染信息表征以预设大小的存储结构为单位，组织成的能够调用目标渲染组件进行渲染的信息；

检测单元，用于对所述待渲染信息进行可见性检测，基于所述可见性检测结果确定渲染队列；

渲染单元，用于获取预先生成的针对所述渲染队列的渲染对象的全局光照信息，使得所述目标渲染组件能够对所述渲染队列的渲染对象进行渲染。

7.根据权利要求6所述的装置，所述划分单元包括：

区域确定子单元，用于利用四叉树对场景进行划分，并依据预设的所述四叉树的最小叶子节点的尺寸，确定每一个叶子节点为一个目标子区域，所述目标子区域表征预设大小的存储结构，且形状为正方形，边长为叶子节点的最小尺寸；

获取子单元，用于若所述待渲染场景的渲染对象为植被，利用所述目标子区域对所述植被进行覆盖，获得每一个目标子区域的植被对象，使得所述四叉树的每一个节点记录所有子节点获得植被数据量之和。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

筛选单元，用于当对所述渲染信息进行渲染时，若四叉树第一节点的植被数量为零，跳过所述第一节点对应分支，使得对所述第一节点对应分支不进行渲染。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述检测单元具体用于：

根据目标相机的位置关联信息，对所述四叉树的各个节点进行遍历，得到可见性检测结果；所述位置关联信息表征所述目标相机的位置和朝向信息，所述目标相机表征对渲染信息进行渲染的相机，所述可见性检测结果包括可见节点和不可见节点。

10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置还包括生成单元，所述生成单元用于生成针对所述渲染队列的渲染对象的全局光照信息，所述生成单元包括：

遍历子单元，用于根据待渲染场景的尺寸信息，按照预设距离间隔，利用目标渲染组件的射线查找功能，遍历所述待渲染场景，获得每个射线的查找结果；

标记子单元，用于对所述每个射线的查找结果进行标记，并依据标记结果获得所述待渲染队列的全局光照信息，其中，所述每个射线的查找结果包括目标组件记录的被射线集中位置的场景全局光照信息。

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