CN111598984B - 一种游戏画面的渲染方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种游戏画面的渲染方法及装置，该方法包括以下步骤：标记出每个UI界面的显示区域列表和遮挡区域列表，其中，显示区域列表为显示矩形区域的集合，遮挡区域列表为遮挡矩形区域的集合；判断一显示区域列表中的所有显示矩形区域在打开期间，是否被覆盖区域完全覆盖，其中，覆盖区域由位于该显示区域列表层级之前所有打开的遮挡区域列表组成；当该显示区域列表被完全覆盖，屏蔽对应的UI界面的渲染。本发明可以实现UI界面之间的遮挡剔除，减少渲染开销。

Description

一种游戏画面的渲染方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机图形领域，特别涉及一种游戏画面的渲染方法及装置。

背景技术

随着近年来游戏开发商将目光聚焦于移动平台，并加大移动平台上的游戏开发投入，移动平台上的游戏不仅数量和种类不断增加，而且游戏内容越来越丰富，UI表现越来越复杂，对硬件的要求也越来越高。例如，在一些配置比较低的手机上运行游戏时，往往因为渲染的压力而出现卡顿的问题。

使用遮挡剔除的技术可以减少游戏画面的渲染，提升游戏性能。Unity引擎本身拥有一套遮挡剔除的机制可以减少渲染，但是，一般来说，UI的绘制流程是独立于3D世界绘制的，这套机制只能处理场景自身的遮挡剔除。

发明内容

本发明的目的在于提出一种游戏画面的渲染方法及装置，其目的在于针对现有技术中存在的不足，实现UI界面之间的遮挡剔除，减少渲染开销。

为此，本发明采用以下技术方案：

一种游戏画面的渲染方法，包括以下步骤：

标记出每个UI界面的显示区域列表和遮挡区域列表，其中，所述显示区域列表为显示矩形区域的集合，所述遮挡区域列表为遮挡矩形区域的集合；

判断一所述显示区域列表中的所有所述显示矩形区域在打开期间，是否被覆盖区域完全覆盖，其中，所述覆盖区域由位于该所述显示区域列表层级之前所有打开的所述遮挡区域列表组成；

当该所述显示区域列表被完全覆盖，屏蔽对应的所述UI界面的渲染。

优选的，逐一判断所述显示区域列表的所述显示矩形区域是否被覆盖区域完全覆盖。

进一步优选的，判断的算法采用线段扫描法。

进一步优选的，使用线段扫描法之前，先判断所述显示区域列表是否超出所述覆盖区域的上、下、左、右的最大坐标范围。

进一步优选的，线段计数的数据结构采用线段树。

进一步优选的，还包括以下步骤：

判断场景是否被所有打开且未被屏蔽的所述遮挡区域列表组成的区域完全覆盖；

当所述场景被完全覆盖，屏蔽所述场景的渲染。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种游戏画面的渲染装置，包括：

存储模块，用于存储每个UI界面的显示区域列表和遮挡区域列表；

判断模块，用于判断游戏画面是否被完全覆盖；

渲染模块，用于实施或屏蔽游戏画面的渲染。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种存储介质，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行上述的游戏画面的渲染方法。

基于同样的发明构思，本发明还提供了一种处理器，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行上述的游戏画面的渲染方法。

本技术方案的有益之处在于：

1、通过把每个UI界面解析成对应的显示矩形区域和遮挡矩形区域，把UI界面之间的遮挡问题转化成判断一个矩形是否被多个矩形组成的复合区域完全覆盖的问题；

2、线段扫描法结合线段树的算法简单高效；

3、纯CPU计算，免去了向GPU提交数据的开销。

附图说明

图1为本发明使用的扫描线段法的示例。

图2为本发明使用的线段树的示例。

具体实施方式

为了使本发明的目的、特征和优点更加的清晰，以下结合附图及实施例，对本发明的具体实施方式做出更为详细的说明，在下面的描述中，阐述了很多具体的细节以便于充分的理解本发明，但是本发明能够以很多不同于描述的其他方式来实施。因此，本发明不受以下公开的具体实施的限制。

对于Unity自身的遮挡剔除的技术缺陷，网易(杭州)网络有限公司的中国专利申请(申请公布号：CN108479067A)对其进行改进。该专利申请公开了一种游戏画面的渲染方法，通过识别UI元素中不透明的像素区域，生成网格模型放入场景中，并且对齐到UI控件，实现UI对3D场景的遮挡剔除。

但是上述方法没有涉及到UI之间的遮挡关系的处理。在一个内容丰富的游戏中，可能会同时创建很多UI元素，并且UI之间的层级关系是极其复杂的，所有的UI对象都可能遮挡其下层的UI或者被其上层的UI遮挡。但是，下层的UI往往被上层的UI遮挡时，仍然进行不必要的渲染，增加渲染开销。

本发明在现有技术的基础，对UI之间的遮挡剔除的手段进行补充，所做的工作就是把被遮挡的UI界面的渲染屏蔽掉，减少渲染开销。当场景被UI完全遮挡时，也可以把场景的渲染屏蔽掉。

实施例一

本实施例提供了一种游戏画面的渲染方法，包括以下步骤：

标记出每个UI界面的显示区域列表和遮挡区域列表。

显示矩形区域为一个UI界面的半透明或不透明的矩形区域，即显示矩形区域为alpha值>0的矩形区域。一个UI界面有一个或多个显示矩形区域。显示区域列表为显示矩形区域的集合。

遮挡矩形区域为一个UI界面的完全不透明的矩形区域，即遮挡矩形区域为alpha值＝1的矩形区域。只有完全不透明的区域才能遮挡住其他UI界面。一个UI界面有一个或多个遮挡矩形区域。遮挡区域列表为遮挡矩形区域的集合。

对于UI之间的遮挡关系，并不是仅限于单个UI对单个UI的遮挡，还包括多个UI组合成的复合区域会完全遮挡住某个UI，或者完全遮挡住屏幕(场景)。这个时候被遮挡的UI或场景就可以被屏蔽掉。

在制作UI界面的时，通过智能识别结合手动调整的方式标记出每个UI界面的显示区域列表和遮挡区域列表。

判断一显示区域列表中的所有显示矩形区域在打开期间，是否被覆盖区域完全覆盖。

在一个UI界面处于打开状态的期间内，当该UI界面或其层级之前的任一UI界面发生改变(打开、关闭、显示、隐藏)时，逐一判断该UI界面的显示区域列表的显示矩形区域是否被覆盖区域完全覆盖，如果列表中的所有显示矩形区域都被完全覆盖，则该列表被完全覆盖。其中，覆盖区域由位于该显示区域列表层级之前所有打开的遮挡区域列表组成。

整个游戏画面的UI界面的遮挡关系的判断顺序为由上层级向下层级依次判断(最上层级不需要)。

通过上述方法，将UI之间的遮挡问题转化成判断一个矩形是否被多个矩形组成的复合区域完全覆盖的问题。

如图1所示，具体的判断的算法采用线段扫描法，包括以下步骤：

使用线段扫描法之前，先判断显示区域列表是否超出覆盖区域的上、下、左、右的最大坐标范围。如果有超出的部分，则可以直接判断出该显示区域列表没有被完全覆盖，不需要使用线段扫描法进行后续的判断。

取出组成覆盖区域的所有矩形区域的顶边和底边，分别做上顶边和底边的标记，放入一个有序集合内，按照Y轴位置进行排序。

从Y轴位置最小的边依次往上遍历。当扫描到底边时，则对底边对应的X轴区间的计数加1，反之，扫描到顶边时，则对顶边对应的X轴区间的计数减1。

从扫描的位置大于待检测矩形的底边的Y轴位置开始，每扫描到一条边，检测一次待检测矩形的左右两边之间的X轴区间的计数是否始终大于0，直到扫描位置大于等于待检测矩形的顶边的Y轴位置结束。

当一次扫描过程中，待检测矩形的X轴区间的计数等于0时，则确定待检测矩形没有被完全覆盖。如果扫描位置到达待检测矩形的顶边的Y轴位置之前，都没出现过计数等于0的情况，则确定该矩形被完全覆盖。

以图1所示的算法为例，虚线矩形为待检测矩形，判断其是否被实线矩形组成的复合区域完全覆盖，以下为扫描步骤解析：

第一次扫描到a边，a为底边，则a边对应的X轴区间的计数加1，如第一次扫描结果所示。

第二次扫描到b边和c边(Y轴位置相同)，两条边都为底边，则对应的X轴区间的计数分别加1，如第二次扫描结果所示，其中，b边与a边在X轴上的重叠区间的计数达到2。此次扫描位置已经超过待检测矩形的底边的Y轴位置，因此开始检测虚线矩形的左右两边之间的X轴区间的计数，此时，计数大于0，继续下一次扫描。

第三次扫描到d边，d边为顶边，则对应的X轴区间的计数减1，如第三次扫描结果所示，此次扫描位置还未到达待检测矩形的顶边的Y轴位置，因此，进行第二次检测，发现有一段计数等于0的X轴区间在虚线矩形的X轴区间内，则判定待检测矩形未被完全覆盖。

本方法使用的线段扫描法的核心在于判断待检测矩形的X轴区间的计数是否恒大于0，即该区间内的每个像素点的计数是否恒大于0。由于在计数过程中，需要考虑不同的边之间的重叠区间的重复计数，为了避免计数错误，计数的精度需要达到像素级别。但是，游戏画面内往往同时打开多个UI界面，每个UI界面又包括多个显示矩形区域，如果在覆盖区域内逐个像素点进行计数，需要很大的计算开销。因此，在该算法中引入线段树的数据结构。

线段树是一种二叉搜索树，每个节点就代表一段线段的区间。每个节点的两个子节点分别代表左半部分子区间和右半部分子区间。叶子节点代表长度为1的区间(单个像素点)。

由于线段树用于保存遮挡矩形区域左右子区间的计数，而矩形的顶边和底边是成对出现的，因此，对应的设置和移除计数的区间都是一致的，不会出现不一致的情况。基于这个条件，一开始不需要构建一颗完整的线段树，只需要在传入区间不完全匹配当前节点时构建子节点，对子节点递归进行计数。

构建线段树的方法，包括以下步骤：

初始化根节点。根节点的范围为整个屏幕的宽度。

设置或移除计数。传入需要设置或移除计数的区间，从根节点开始往下检查。

如果传入区间等于当前检查节点的区间，则对该节点的计数相应加或减1，停止递归。

如果传入区间为0，也停止递归，但不加减计数。

如果传入区间小于该节点的区间，判断传入区间是否横跨该节点的区间的中点。如果横跨，则以该中点划分传入区间为两个区间，分别传入该节点的两个子节点进行递归。如果不横跨，则判断传入区间属于该节点的左半部分子区间还是右半部分子区间，传入对应的子节点进行递归。往下递归直至完成传入区间的计数。

以图2所示的线段树的递归流程为例。根节点为[1,20]，需要设置计数的区间为[7,15]。

从根节点开始，区间[7,15]横跨了根节点[1,20]的中点，因此生成子节点[1,10]和[11,20]，往下递归，转化为设置[7,10]和[11,15]的计数。

区间[11,15]刚好等于节点[11,20]的左子节点，因此直接设置区间[11,15]的计数，停止右边的递归。

区间[7,10]不横跨[1,10]的中点，因此只生成右子节点[6,10]，并继续往下递归。

根据上述规则进行类推，最终设置计数的节点为[7,8]、[9,10]和[11,15]。

判断计数是否大于0。和设置或移除计数的流程基本相同，也是通过传入一个区间进行递归获取计数。当传入区间等于当前检查节点的区间时，获取该节点的计数，返回是否大于0的布尔值。

采用线段树的方法相较于逐个像素点计数的方法，运算量减少，时间复杂度从O(n)降低为O(log₂n)。而且线段树是动态构建的，开始时进行初始化，减少占用的内存。

当该显示区域列表被完全覆盖，屏蔽对应的UI界面的渲染。

当完成所有UI界面的判断后，判断场景是否被所有打开且未被屏蔽的UI界面的遮挡区域列表组成的区域完全覆盖。如果场景被完全覆盖，则屏蔽掉场景的渲染。

网易采用的遮挡剔除的方法是通过对不透明像素进行光栅化得到多边形，然后对多边形进行三角剖分，生成网格模型，再把网格模型加载到场景中实现遮挡剔除。这种方法的实现成本和难度都比较高，而且对UI的框架结构有一定要求。

本发明的方法仅通过逻辑运算就实现了遮挡剔除，而且算法简单高效，实现成本低，任何应用场景都能使用，有较好的扩展性和复用性。

还有，网易和Unity本身的遮挡剔除都是基于GPU实现的，本发明的方法通过纯CPU计算，可以降低drawcall，免去向GPU提交数据的开销。

本领域技术人员可以理解，实现上述方法实施例中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

实施例二

本实施例提供了一种游戏画面的渲染装置，包括：

存储模块，用于存储每个UI界面的显示区域列表和遮挡区域列表。

判断模块，用于使用线段扫描法，构建线段树，判断UI界面和场景是否被完全覆盖。

渲染模块，用于实施或屏蔽UI界面和场景的渲染。

本实施例提供了一种存储介质，其上存储有程序，该程序被处理器执行时实现游戏画面的渲染方法。

本实施例提供了一种处理器，处理器用于运行程序，程序运行时执行游戏画面的渲染方法。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种游戏画面的渲染方法，其特征在于，包括以下步骤：

标记出每个UI界面的显示区域列表和遮挡区域列表，其中，所述显示区域列表为显示矩形区域的集合，所述遮挡区域列表为遮挡矩形区域的集合；

判断一所述显示区域列表中的所有所述显示矩形区域在打开期间，是否被覆盖区域完全覆盖，其中，所述覆盖区域由位于该所述显示区域列表层级之前所有打开的所述遮挡区域列表组成；逐一判断所述显示区域列表的所述显示矩形区域是否被所述覆盖区域完全覆盖；判断的算法采用线段扫描法，包括以下步骤：

取出组成覆盖区域的所有矩形区域的顶边和底边，分别做上顶边和底边的标记，放入一个有序集合内，按照Y轴位置进行排序；

从Y轴位置最小的边依次往上遍历；

当扫描到底边时，则对底边对应的X轴区间的计数加1，反之，扫描到顶边时，则对顶边对应的X轴区间的计数减1；

从扫描的位置大于待检测矩形的底边的Y轴位置开始，每扫描到一条边，检测一次待检测矩形的左右两边之间的X轴区间的计数是否始终大于0，直到扫描位置大于等于待检测矩形的顶边的Y轴位置结束；

当一次扫描过程中，待检测矩形的X轴区间的计数等于0时，则确定待检测矩形没有被完全覆盖；如果扫描位置到达待检测矩形的顶边的Y轴位置之前，都没出现过计数等于0的情况，则确定该矩形被完全覆盖；

线段计数的数据结构采用线段树，构建线段树的方法包括以下步骤：

初始化根节点，根节点的范围为整个屏幕的宽度；

设置或移除计数，传入需要设置或移除计数的区间，从根节点开始往下检查；

若传入区间等于当前检查节点的区间，则对该节点的计数相应加1或减1，停止递归；若传入区间为0，也停止递归，但不加减计数；若传入区间小于该节点的区间，则判断传入区间是否横跨该节点的区间的中点；若是，则以该中点划分传入区间为两个区间，分别传入该节点的两个子节点进行递归；若否，则判断传入区间属于该节点的左半部分子区间还是右半部分子区间，传入对应的子节点进行递归；

往下递归直至完成传入区间的计数；

当该所述显示区域列表被完全覆盖，屏蔽对应的所述UI界面的渲染。

2.根据权利要求1所述的游戏画面的渲染方法，其特征在于，使用线段扫描法之前，先判断所述显示区域列表是否超出所述覆盖区域的上、下、左、右的最大坐标范围。

3.根据权利要求1所述的游戏画面的渲染方法，其特征在于，还包括以下步骤：

判断场景是否被所有打开且未被屏蔽的所述遮挡区域列表组成的区域完全覆盖；

当所述场景被完全覆盖，屏蔽所述场景的渲染。

4.一种游戏画面的渲染装置，其特征在于，包括：

存储模块，用于存储每个UI界面的显示区域列表和遮挡区域列表；

判断模块，用于判断游戏画面是否被完全覆盖；逐一判断所述显示区域列表的所述显示矩形区域是否被所述覆盖区域完全覆盖；判断的算法采用线段扫描法；线段计数的数据结构采用线段树，包括以下步骤：取出组成覆盖区域的所有矩形区域的顶边和底边，分别做上顶边和底边的标记，放入一个有序集合内，按照Y轴位置进行排序；从Y轴位置最小的边依次往上遍历；当扫描到底边时，则对底边对应的X轴区间的计数加1，反之，扫描到顶边时，则对顶边对应的X轴区间的计数减1；从扫描的位置大于待检测矩形的底边的Y轴位置开始，每扫描到一条边，检测一次待检测矩形的左右两边之间的X轴区间的计数是否始终大于0，直到扫描位置大于等于待检测矩形的顶边的Y轴位置结束；当一次扫描过程中，待检测矩形的X轴区间的计数等于0时，则确定待检测矩形没有被完全覆盖；如果扫描位置到达待检测矩形的顶边的Y轴位置之前，都没出现过计数等于0的情况，则确定该矩形被完全覆盖；构建线段树的方法包括以下步骤：初始化根节点，根节点的范围为整个屏幕的宽度；设置或移除计数，传入需要设置或移除计数的区间，从根节点开始往下检查；若传入区间等于当前检查节点的区间，则对该节点的计数相应加1或减1，停止递归；若传入区间为0，也停止递归，但不加减计数；若传入区间小于该节点的区间，则判断传入区间是否横跨该节点的区间的中点；若是，则以该中点划分传入区间为两个区间，分别传入该节点的两个子节点进行递归；若否，则判断传入区间属于该节点的左半部分子区间还是右半部分子区间，传入对应的子节点进行递归；往下递归直至完成传入区间的计数；

渲染模块，用于实施或屏蔽游戏画面的渲染。

5.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质包括存储的程序，其中，所述程序执行权利要求1～3中任意一项所述的游戏画面的渲染方法。

6.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于运行程序，其中，所述程序运行时执行权利要求1～3中任意一项所述的游戏画面的渲染方法。

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