CN111340927A - 基于WebGL的大规模供水管网渲染方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于WebGL的大规模供水管网渲染方法，其包括：从建模软件中导出管线模型的模型参数；根据管线类型对导出的管线模型模型参数进行种类划分，生成相对应的模版模型几何数据；将导出的管线模型模型参数进行数据处理，转化为Instance渲染格式的参数数据；利用Instance渲染技术，对相同种类的管线模型复用相对应的管线模型模版模型几何数据，结合转化后的管线模型参数数据进行组合渲染。本发明是一种基于WebGL技术的高性能三维管线模型渲染解决方案，使用基于WebGL的draw instance渲染技术，减少管网模型的内存占用，以少量的模版管线模型，结合管线参数进行大规模管线模型的渲染。
Description
技术领域
本发明涉及WebGL三维渲染领域，尤其涉及一种基于WebGL的大规模供水管网渲染方法。
背景技术
在BIM行业中，由于软件技术及硬件能力的提升，建筑信息管理系统应用由二维图纸向三维模型技术进行转变。其中管线专业的模型有着模型个体点数面数多，内存占用大的特点，一直存在着大量管线渲染帧率低下，Web浏览器崩溃的问题。
本发明利用管线模型种类少、模型参数化比例高等特点，提出了一种应用Instance(实例化)渲染技术进行管线渲染的三维渲染方案，从而解决了在大规模管线渲染场景上的问题。
发明内容
本发明为了解决现有管线模型的渲染帧率低，占用内存量大，容易出现图形渲染卡顿，浏览器崩溃的问题，提出了一种基于WebGL的大规模供水管网渲染方法。
本发明所采用的技术方案为：一种基于WebGL的大规模供水管网渲染方法，其包括：
从建模软件中导出管线模型的模型参数；
根据管线类型对导出的所述模型参数进行种类划分，生成相对应的模版模型几何数据；
将导出的所述模型参数进行数据处理，转化为Instance渲染格式的参数数据；
利用Instance渲染技术，对相同种类的管线模型复用相对应的所述模版模型几何数据，结合转化后的所述参数数据进行组合渲染。
本发明方法的一些实施例中，所述模型参数包括模型的几何信息、材质及其它特征参数。
本发明方法的一些实施例中，所述其它特征参数包括缩放、旋转及偏移的信息。
本发明方法的一些实施例中，在对所述模型参数进行种类划分的步骤中，依据所述几何信息进行划分，所述几何信息相同的所有管线模型对应于同一模版模型，并依据所述几何信息生成相对应的模版模型几何数据。
本发明方法的一些实施例中，在对所述模型参数进行种类划分的步骤中，还包括：将生成的所述模版模型几何数据存入模型种类几何表中，将除所述几何信息以外的所述材质及其它特征参数存入模型参数表中，将所述几何信息与所述材质及其它特征参数的组合关系存入模型记录表中。
本发明方法的一些实施例中，在将所述模型参数进行数据处理的步骤中，将缩放、旋转、偏移的信息转化为Instance渲染使用的三维矩阵，作为渲染清单的列表数据。
本发明方法的一些实施例中，在进行所述组合渲染的过程中，定义复用的所述模版模型几何数据在所述三维矩阵运算下进行缩放、旋转、偏移，动态渲染处独立的几何模型。
本发明方法的一些实施例中，在进行所述组合渲染的过程中，采用空间划分、HLOD技术进行组织渲染。
本发明是一种基于WebGL技术的高性能三维管线模型渲染解决方案，使用基于WebGL的draw instance(实例渲染)渲染技术，减少管网模型的内存占用，以少量的模版管线模型，结合管线参数进行大规模管线模型的渲染。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于WebGL的大规模供水管网渲染方法的总流程图。
图2为本发明管网渲染方法中模型参数的数据处理流程图。
图3为本发明网渲染方法中模型数据的存储结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。
参阅图1所示，本发明为了解决现有管线模型的渲染帧率低，占用内存量大，容易出现图形渲染卡顿，浏览器崩溃的问题，提出一种基于WebGL的大规模供水管网渲染方法。
本发明主要针对BIM的管线专业的特点，提出了参数化管线渲染方法。
该方法主要包括如下步骤：
步骤S1：从建模软件中导出管线模型的模型参数；
步骤S2：根据管线类型对导出的模型参数进行种类划分，生成相对应的模版模型几何数据；
步骤S3：将导出的模型参数进行数据处理，转化为Instance渲染格式的参数数据；
步骤S4：利用Instance渲染技术，对相同种类的管线模型复用相对应的模版模型几何数据，结合转化后的参数数据进行组合渲染。
本发明采用上述技术方案，提出一种基于WebGL技术的高性能三维管线模型渲染解决方案，使用基于WebGL的draw instance(实例渲染)渲染技术，减少管网模型的内存占用，以少量的模版管线模型，结合管线参数进行大规模管线模型的渲染。
具体来说，在步骤S1中，利用常见BIM建模软件参数化建模的特点，导出管线模型的模型参数，如Revit软件。其中，管线模型的模型参数包含模型的几何信息、材质及其它特征参数(如缩放、旋转、偏移等)。
在步骤S2中，可以利用建模软件参数化建模的特点，将模型的几何信息、材质、缩放、旋转、偏移等渲染信息进行参数分类化，为数据的重复使用提供了数据层的支持基础。
具体来说，可依据管线模型的几何信息进行划分，将几何信息相同的所有管线模型对应划分在同一模版模型，在导出时，对相同种类的管线模型只需导出一次模版模型的几何数据，后期渲染时，相同种类的管线模型均可复用该导出的模版模型的几何数据，极大减少了导出的模型数据量，而且，由于管线种类数量有限，模版模型的几何数据的数量相对较少，当渲染时，在少量几种模版模型的参数化渲染框架下，管线模型的参数化渲染拥有易于维护、易于扩展的特点。
进一步结合图2和图3所示，在步骤S3中，主要完成将建模软件导出的抽象化的模型参数数据转化为在三维Instance中渲染的参数数据。通过统一的转化标准，使得模型参数化简易可靠。
下面结合图2和图3对该步骤中的数据处理过程，主要包括：
(一)导出模型数据
即完成上一步骤的管线模型的模型参数的导出工作。
(二)分离模型种类与参数
以模型管类系统的类型信息作为种类区分依据，划分如圆管、圆管分流、圆管弯头、阀门等等特定种类，生成相对应的模版模型几何数据，这些模版模型几何数据将存入图3中的模型种类几何表中。由于管线种类数量有限，模版模型几何数据的数据数量不会很多，有利于后期渲染复用。
将除几何信息以外的模型参数从管线模型中提取生成参数数据，包含如缩放、旋转、位移、材质等，这些数据存入图3的模型参数表中。将模型种类几何数据与模型参数数据进行组合，对应还原导出的管线模型的模型数据，该组合数据及组合关系存放于图3的模型记录表中。
(三)生成管线系统的渲染清单
基于WebGL的draw instance(实例渲染)渲染技术组织渲染清单，过程中，将相同类型相同材质的模型数据进行组织。具体来说，将缩放、旋转、偏移等特征参数转化为三维渲染使用的三维空间4*4矩阵，作为drawInstance列表数据，定义复用的模版模型几何数据在三维空间4*4矩阵运算下进行缩放、旋转、偏移，动态渲染出独立的几何管线。这个过程中，减少了每个需要渲染相同种类模型的几何数据，模版模型的使用频率越高，内存占用的优化效果愈好。因此，使用Instance技术进行数据渲染，将管线模型的渲染参数化，可以减少相同模型集合数据的使用与重复，以GPU硬件计算的优势使用较少的计算时间代价，与不使用模版模型的方法效果相比，大大地减少了内存的占用。
(四)结合大场景与Instance渲染技术渲染管网
大场景一般采用空间瓦片化技术，利用像素误差的原理，进行物体渲染的调度。在大场景的背景下结合Instance渲染，则对Instance中的实例调度提出要求，结合Instance中每个实例与计算的像素误差，从而进行Instance渲染时参数的动态设置。
具体地，在渲染过程中，可采用空间划分、HLOD等渲染技术，减少渲染的模型，单个模型的渲染数据量。这里的空间划分采用低精度的策略，可采用基于TreeGrid(树形表格)的空间划分算法，尽可能减少空间节点，以避免增加过多的Instance实例。这个策略在大规模的管线系统下是能有效减少在GPU中的计算量，降低内存优化带来的计算压力。在GPU中，硬件使用模版模型与参数，实时计算需要渲染的真实模型，充分利用GPU多核并行的数学运算优势。当该硬件计算出现高利用率时，使用高性能显卡能有效提升渲染性能。
一般WebGL渲染是将整体的几何数据与材质进行三维渲染，本发明采用Instance渲染技术则是将复用的几何数据进行渲染顺序重组，相同物体只需要使用相同的几何数据，结合建模软件导出的参数进行渲染，使复用的几何数据、物体参数和材质三者可以进行组合渲染，实现不同的渲染效果，减少渲染时需要的GPU内存占用。其中的物体参数可包含缩放、旋转、偏移，构成三维空间4*4矩阵，定义复用几何在三维矩阵运算下进行缩放、旋转、偏移，动态渲染出独立的几何物体。从而解决了在大规模管线渲染场景上的渲染帧率低、占用内存量大、图形渲染卡顿、浏览器崩溃等问题。
需要说明的是，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (8)
1.一种基于WebGL的大规模供水管网渲染方法，其特征在于，包括：
从建模软件中导出管线模型的模型参数；
根据管线类型对导出的所述模型参数进行种类划分，生成相对应的模版模型几何数据；
将导出的所述模型参数进行数据处理，转化为Instance渲染格式的参数数据；
利用Instance渲染技术，对相同种类的管线模型复用相对应的所述模版模型几何数据，结合转化后的所述参数数据进行组合渲染。
2.如权利要求1所述的基于WebGL的大规模供水管网渲染方法，其特征在于，所述模型参数包括模型的几何信息、材质及其它特征参数。
3.如权利要求2所述的基于WebGL的大规模供水管网渲染方法，其特征在于，所述其它特征参数包括缩放、旋转及偏移的信息。
4.如权利要求3所述的基于WebGL的大规模供水管网渲染方法，其特征在于，在对所述模型参数进行种类划分的步骤中，依据所述几何信息进行划分，所述几何信息相同的所有管线模型对应于同一模版模型，并依据所述几何信息生成相对应的模版模型几何数据。
5.如权利要求4所述的基于WebGL的大规模供水管网渲染方法，其特征在于，在对所述模型参数进行种类划分的步骤中，还包括：将生成的所述模版模型几何数据存入模型种类几何表中，将除所述几何信息以外的所述材质及其它特征参数存入模型参数表中，将所述几何信息与所述材质及其它特征参数的组合关系存入模型记录表中。
6.如权利要求5所述的基于WebGL的大规模供水管网渲染方法，其特征在于，在将所述模型参数进行数据处理的步骤中，将缩放、旋转、偏移的信息转化为Instance渲染使用的三维矩阵，作为渲染清单的列表数据。
7.如权利要求6所述的基于WebGL的大规模供水管网渲染方法，其特征在于，在进行所述组合渲染的过程中，定义复用的所述模版模型几何数据在所述三维矩阵运算下进行缩放、旋转、偏移，动态渲染处独立的几何模型。
8.如权利要求7所述的基于WebGL的大规模供水管网渲染方法，其特征在于，在进行所述组合渲染的过程中，采用空间划分、HLOD技术进行组织渲染。
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