CN111429561A - 一种虚拟仿真渲染引擎 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种虚拟仿真渲染引擎，主要包括：系统模块、底层渲染模块、控制台模块、数据存储模块、虚拟仿真接口模块和虚拟仿真插件模块；系统模块为引擎提供多种基础功能的配置；底层渲染模块根据不同编辑器提供的编辑数据进行渲染并输出三维虚拟仿真场景；控制台模块对引擎和虚拟仿真场景的设置进行测试；数据存储模块对待编辑的原始数据、编辑器编辑后的数据以及各种中间数据和场景数据进行存储管理；虚拟仿真接口模块提供接口层，以分离引擎和虚拟仿真的制作过程；虚拟仿真插件模块基于插件与第三方应用进行数据交互，扩展需要用到的编辑器。采用本发明，可以直观有效地创建、管理和修改工程中的所有资产，实现一套完整的虚拟仿真开发工具。
Description
技术领域
本发明涉及计算机技术领域，尤其涉及一种虚拟仿真渲染引擎。
背景技术
随着图形学的发展，计算机已进入三维时代，三维图形在人们周围无所不在。科学计算可视化、计算机动画和虚拟现实已经成为近年来计算机图形学的三大热门话题，计算机图形学领域的研究层次逐步深入，并以越来越快的速度向前发展。在计算机中，由于用图形表达各种信息，其容量大、直观方便，更符合人们观察了解事物运动规律的习惯，所以三维图形技术在建筑虚拟、城市规划、场景漫游、效果场景制作、城市规划、房地产开发、虚拟教育、展馆展示、古迹复原、交通线路设计、3D游戏等各方面都有广泛的实际应用。
特别是近几年，中国的虚拟仿真产业目前正处于一个迅猛发展的时期，虚拟仿真主流也朝3D方向发展。目前国内的三维图形引擎开发比较落后，没有自己的品牌引擎，很多公司用的都是国外开源引擎或付费购买。因此研究三维图形引擎中的关键技术是一次有意义的尝试。目前该领域主要研究方向是使用数学算法将二维或三维图形数据转化为计算机显示器的栅格形式，包括如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。此外，还包括图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算。而场景渲染是三维引擎中最重要的子模块之一，负责实现基本图元的绘制，光线处理和纹理处理等，实际上是三维真实感图形的再现过程。在许多应用领域都对场景的实时性有很高的要求，如果达不到一定的显示速率，就会丧失实际应用的价值。比如在3D游戏领域，美工画出精美的模型，面数多且逼真。在虚拟仿真过程中，如果出现大量精美 3D模型，3D引擎的渲染速度问题就显得尤为突出。
目前国内的一些大学、科研机构或者虚拟仿真开发公司大部分是采用国外商用或开源的引擎，开发受限或者开发成本较高。
发明内容
本发明实施例提供一种虚拟仿真渲染引擎，可以直观有效地创建、管理和修改工程中的所有资产，实现一套完整的虚拟仿真开发工具。
本发明实施例提供了一种虚拟仿真渲染引擎，可包括：系统模块、底层渲染模块、控制台模块、数据存储模块、虚拟仿真接口模块和虚拟仿真插件模块；
所述系统模块为引擎提供多种基础功能的配置；
所述底层渲染模块根据不同编辑器提供的编辑数据进行渲染并输出三维虚拟仿真场景；
所述控制台模块对引擎和虚拟仿真场景的设置进行测试；
所述数据存储模块对待编辑的原始数据、编辑器编辑后的数据以及各种中中间数据和场景数据进行存储管理；
所述虚拟仿真接口模块提供接口层，以分离引擎和虚拟仿真的制作过程；
所述虚拟仿真插件模块基于插件与第三方应用进行数据交互，扩展需要用到的编辑器。
进一步的，系统模块包括图形子系统、输入子系统、声音子系统、时间子系统和配置子系统；
所述配置子系统基于所述图形子系统、输入子系统、声音子系统和时间子系统分别对应的引擎配置需求进行基础功能的配置。
进一步的，虚拟仿真渲染引擎中的编辑器至少包括图形合成器、UI编辑器、场景编辑器、精灵编辑器和灯光探测器。
进一步的，底层渲染模块至少包括可见裁剪单元、摄影机、静态几何图形处理单元、动态几何图像处理单元、粒子系统、网格、天空盒、光照单元、雾化单元、顶点光影单元和图像输出单元。
进一步的，虚拟仿真渲染引擎还包括物理系统模块，所述物理系统模块采用物理引擎进行碰撞测试和物理环境的模拟。
进一步的，虚拟仿真渲染引擎采用预置体机制在编辑预置各实例时自动更新。
进一步的，虚拟仿真渲染引擎还包括脚本系统，所述脚本系统支持对虚拟场景的开发。
进一步的，虚拟仿真渲染引擎采用导航网格。
进一步的，虚拟仿真渲染引擎中内置多线程管理机制。
进一步的，虚拟仿真渲染引擎支持3D建模工具创建的动画播放或混合动画。
本发明的有益效果：通过设计一套完整的虚拟仿真开发引擎，直观有效地创建、管理和修改虚拟仿真开发中的所有资产，通过各种编辑器简化了通用开发的工作流程。
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是本发明实施例提供的一种虚拟仿真渲染引擎的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的系统模块的结构示意图；
图3-图5是本发明实施例各种编辑器执行时的效果示意图；
图6是本发明实施例提供的一种终端的结构示意图。
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“包括”和“具有”以及它们任何变形，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、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。
此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明实施例涉及的终端可以是大型计算机、PC机、平板电脑、掌上电脑以及移动互联网设备(MID)等其他具备数据处理能力的终端设备。
如图1所示，在本申请的第一个实施例中，虚拟仿真渲染引擎10至少包括系统模块101、底层渲染模块102、控制台模块103、数据存储模块104、虚拟仿真接口模块105和虚拟仿真插件模块106。
具体实现中，系统模块101作为引擎10与计算机之间的通讯模块，可以认为是计算机本身通讯的一部分，用于提供多种基础功能的配置。
在一种优选的实现方式中，系统模块101如图2所示可以包括图形子系统 1011、输入子系统1012、声音子系统1013、时间子系统1014和配置子系统1015。其中，配置子系统1015可以基于图形子系统1011、输入子系统1012、声音子系统1013和时间子系统1014分别对应的引擎配置需求进行基础功能的配置。
底层渲染模块102作为本申请的核心模块，可以使用OPENGL、Direct3D、 Vulkan等图形库，在实现图像渲染输出的过程中，主要可以实现以下功能：可见裁剪，摄影机，静态几何图形构建，动态几何图形构建，粒子系统搭建，网格形成，天空盒的形成，光照控制，雾化，顶点光影控制以及图像输出。
在一种具体的实现方式中，输入底层渲染模块102的数据是通过各种编辑器编辑之后的编辑数据。例如，图形合成器可视化的对渲染管线进行自定义设计的效果如图3所示，进一步的，底层渲染模块102可以管线设计进行渲染；场景编辑器在场景中可视化的通过拖拽方式将资产视图中的物体放置在场景中，效果如图4所示，进一步的，底层渲染模块102可以对场景编辑器中的场景进行渲染。可以理解的是，粒子如图5所示，可以从场景编辑器编辑，来模拟一些动态效果。
需要说明的是，虚拟仿真渲染引擎中的灯光探测器通过添加时间及照明到静态和动态对象，可以增加图形的真实性。
特别的，本申请的虚拟仿真渲染引擎支持DirectX12和Vulkan图形API。
在本申请实施例中，虚拟仿真渲染引擎采用预置体机制在编辑预置各实例时自动更新，节省工作的时间。例如，UI编辑器可以直观的构建虚拟仿真，创建UI库时利用预置体机制自动更新所有UI元素。
在可选实施例中，虚拟仿真渲染引擎还包括脚本系统，通过脚本系统可以对虚拟仿真场景进行编程开发。
在可选实施例中，虚拟仿真渲染引擎还包括物理系统模块，该模块采用物理引擎模拟物理定律或者进行碰撞检测。
在可选实施例中，虚拟仿真渲染引擎还可以使用导航网格，能够有效地找到移动角色的路径。
在可选实施例中，虚拟仿真渲染引擎中内置一套多线程管理机制，可以提高虚拟仿真系统的性能。
在可选实施例中，虚拟仿真渲染引擎还可以支持在3D建模工具创建的动画播放和混合动画功能。
在本发明实施例中，通过设计一套完整的虚拟仿真开发引擎，直观有效地创建、管理和修改虚拟仿真开发中的所有资产，通过各种编辑器简化了通用开发的工作流程。
请参见图6，为本发明实施例提供了一种终端的结构示意图。如图6所示，所述终端1000可以包括：至少一个处理器1001，例如CPU，至少一个网络接口1004，用户接口1003，存储器1005，至少一个通信总线1002。其中，通信总线1002用于实现这些组件之间的连接通信。其中，用户接口1003可以包括显示屏(Display)、键盘(Keyboard)，可选用户接口1003还可以包括标准的有线接口、无线接口。网络接口1004可选的可以包括标准的有线接口、无线接口 (如WI-FI接口)。存储器1005可以是高速RAM存储器，也可以是非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。存储器1005可选的还可以是至少一个位于远离前述处理器1001的存储装置。如图6所示，作为一种计算机存储介质的存储器1005中可以包括操作系统、网络通信模块、用户接口模块以及虚拟仿真渲染应用程序。
在图6所示的终端1000中，用户接口1003主要用于为用户提供输入的接口，获取用户输入的数据；网络接口1004用于与用户终端进行数据通信；而处理器1001可以用于调用存储器1005中虚拟仿真渲染应用程序，并调用引擎中的各模块、系统或编辑器等完成虚拟仿真渲染过程。
在本发明实施例中，通过设计一套完整的虚拟仿真开发引擎，直观有效地创建、管理和修改虚拟仿真开发中的所有资产，通过各种编辑器简化了通用开发的工作流程。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory， ROM)或随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种虚拟仿真渲染引擎，其特征在于，包括：系统模块、底层渲染模块、控制台模块、数据存储模块、虚拟仿真接口模块和虚拟仿真插件模块；
所述系统模块为引擎提供多种基础功能的配置；
所述底层渲染模块根据不同编辑器提供的编辑数据进行渲染并输出三维虚拟仿真场景；
所述控制台模块对引擎和虚拟仿真场景的设置进行测试；
所述数据存储模块对待编辑的原始数据、编辑器编辑后的数据以及各种中间数据和场景数据进行存储管理；
所述虚拟仿真接口模块提供接口层，以分离引擎和虚拟仿真的制作过程；
所述虚拟仿真插件模块基于插件与第三方应用进行数据交互，扩展需要用到的编辑器。
2.根据权利要求1所述的虚拟仿真渲染引擎，其特征在于，所述系统模块包括图形子系统、输入子系统、声音子系统、时间子系统和配置子系统；
所述配置子系统基于所述图形子系统、输入子系统、声音子系统和时间子系统分别对应的引擎配置需求进行基础功能的配置。
3.根据权利要求1所述的虚拟仿真渲染引擎，其特征在于，所述虚拟仿真渲染引擎中的编辑器至少包括图形合成器、UI编辑器、场景编辑器、精灵编辑器和灯光探测器。
4.根据权利要求1所述的虚拟仿真渲染引擎，其特征在于，所述底层渲染模块至少包括可见裁剪单元、摄影机、静态几何图形处理单元、动态几何图像处理单元、粒子系统、网格、天空盒、光照单元、雾化单元、顶点光影单元和图像输出单元。
5.根据权利要求1所述的虚拟仿真渲染引擎，其特征在于，所述虚拟仿真渲染引擎还包括物理系统模块，所述物理系统模块采用物理引擎进行碰撞测试和物理环境的模拟。
6.根据权利要求1所述的虚拟仿真渲染引擎，其特征在于，所述虚拟仿真渲染引擎采用预置体机制在编辑预置各实例时自动更新。
7.根据权利要求1所述的虚拟仿真渲染引擎，其特征在于，所述虚拟仿真渲染引擎还包括脚本系统，所述脚本系统支持对虚拟场景的开发。
8.根据权利要求1所述的虚拟仿真渲染引擎，其特征在于，所述虚拟仿真渲染引擎采用导航网格。
9.根据权利要求1所述的虚拟仿真渲染引擎，其特征在于，所述虚拟仿真渲染引擎中内置多线程管理机制。
10.根据权利要求1所述的虚拟仿真渲染引擎，其特征在于，所述虚拟仿真渲染引擎支持3D建模工具创建的动画播放或混合动画。
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