CN112053424B - 一种3d模型的渲染方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种3D模型的渲染方法及装置，该方法包括：获取待渲染3D模型及其对应的法线贴图；生成带菲涅尔反射材质的第一着色器；设置法线贴图和色彩增强贴图作为第一着色器的输入参数；使用带输入参数的第一着色器，并用待渲染3D模型的空间坐标进行纹理处理，通过渲染管道对待渲染3D模型进行透明渲染处理。该技术方案通过法线贴图生成菲涅尔材质，使得3D模型表面具有丰富的纹理细节，且能够根据相机位置的变化产生不同强度的反射现象。并且，可以通过选择不同的法线贴图以使得3D模型产生不同的菲涅尔效果。另外，通过色彩增强贴图，为3D模型表面增加光影流动，有大量丰富的色彩变化而不是单纯的扫光效果。
Description
技术领域
本申请涉及图像处理技术领域，尤其涉及一种3D模型的渲染方法及装置。
背景技术
透明是游戏中经常要使用的一种效果，在实时渲染中要实现透明效果，通常会在渲染模型时控制它的透明通道(Alpha Channel)。实现透明效果的两种方式主要包括：透明度测试(Alpha Test)和透明度混合(Alpha Blending)。
透明度测试的方式所实现的透明效果比较极端，当有一个片元的透明度不符合条件时，就直接舍弃，不再任何处理(不会对颜色缓冲有影响)；如果符合，就进行正常的处理(深度测试，深度写入等)；所以这带来的效果也是两极分化的，要么完全透明，要么完全不透明。而透明度混合的方式则可以得到半透明效果，使用当前片元的透明度作为混合因子，与颜色缓冲中的值进行混合，得到新的颜色，但是透明度混合的方式，虽然可以通过AlphaScale参数对透明度进行调节，但最终得到的也仅仅是不同透明度效果。
现有技术中，也可以通过为天空盒(Skybox)材质中赋值反射贴图来实现透明度调节，但是最终模型的透明度过分依赖反射贴图，当场景环境发生比较大的变化时，模型就会显得格格不入，游戏画面质量不佳。
发明内容
为了解决上述技术问题或者至少部分地解决上述技术问题，本申请实施例提供了一种3D模型的渲染方法及装置。
根据本申请实施例的一个方面，提供了一种3D模型的渲染方法，包括：
获取待渲染3D模型及其对应的法线贴图；
生成带菲涅尔反射材质的第一着色器；
设置所述法线贴图和色彩增强贴图作为第一着色器的输入参数；
使用带所述输入参数的第一着色器，并用所述待渲染3D模型的空间坐标进行纹理处理，通过渲染管道对所述待渲染3D模型进行透明渲染处理。
可选的，所述方法还包括：
获取法线贴图参数及菲涅尔参数；
将所述待渲染3D模型的顶点颜色作为第一插值计算器的第一起始位置输入参数，所述法线贴图的顶点颜色作为所述第一插值计算器的第一目标位置输入参数，所述法线贴图参数作为所述第一插值计算器的第一插值速度输入参数，得到所述第一插值计算器根据所述第一起始位置输入参数、第一目标位置输入参数和第一插值速度输入参数进行插值计算后输出的第一线性插值结果；
将所述第一线性插值结果及所述菲涅尔参数输入菲涅尔材质编辑器，获得所述菲涅尔材质编辑器根据所述第一线性插值结果及菲涅尔参数生成的所述菲涅尔反射材质。
可选的，所述方法还包括：
获取所述待渲染3D模型的第一纹理坐标；
设置所述第一纹理坐标和第一平移参数作为第一平移器的输入参数，得到所述第一平移器根据所述第一平移参数对所述第一纹理坐标进行平移处理后输出的第二纹理坐标；
将所述第二纹理坐标输入第一纹理采样器，得到所述第一纹理采样器根据所述第二纹理坐标对第一彩色图片进行纹理采样后生成第一纹理贴图；
将所述第一纹理贴图输入色彩增强处理器，得到所述色彩增强处理器对所述第一纹理贴图进行色彩增强处理后输出的所述色彩增强贴图。
可选的，所述色彩增强处理器包括通道去除器和第一饱和度调节器，所述通道去除器的输出结果作为所述第一饱和度调节器的输入参数；
所述将所述第一纹理贴图输入色彩增强处理器，得到所述色彩增强处理器进行色彩增强处理后输出的所述色彩增强贴图，包括：
将所述第一纹理贴图输入所述通道去除器，将所述通道去除器对所述第一纹理贴图消除透明通道后的输出结果输入到所述第一饱和度调节器；
将第一调节范围参数输入所述第一饱和度调节器，得到所述第一饱和度调节器根据所述第一调节范围参数动态调整颜色饱和度后得到所述色彩增强贴图。
可选的，所述设置所述法线贴图和色彩增强贴图作为第一着色器的输入参数，包括：
设置预设值作为第二插值计算器的第二起始位置输入参数，所述色彩增强贴图的顶点颜色作为所述第二插值计算器的第二目标位置输入参数，所述菲涅尔反射材质作为所述第二插值计算器的第二插值速度输入参数，输入所述第二插值计算器，得到所述第二插值计算器根据所述第二起始位置输入参数、第二目标位置输入参数和第二插值速度输入参数进行插值计算后输出的第二线性插值结果；
获取菲涅尔参数及所述待渲染3D模型的顶点颜色；
设置所述第二线性插值结果、所述菲涅尔参数及所述待渲染3D模型的顶点颜色作为所述第一着色器的输入参数。
可选的，所述使用带所述输入参数的第一着色器，并用所述待渲染3D模型的空间坐标进行纹理处理，包括：
根据所述待渲染3D模型的空间坐标生成所述待渲染3D模型对应的流光纹理贴图；
将所述第二线性插值结果、所述菲涅尔参数及所述待渲染3D模型的顶点颜色输入第一乘法器，得到所述第一乘法器计算得到的第一乘积；
将所述第一乘积、所述流光纹理贴图及预设纹理颜色输入所述第一着色器。
可选的，所述根据所述待渲染3D模型的空间坐标生成所述待渲染3D模型对应的流光纹理贴图，包括：
将所述待渲染3D模型的空间坐标输入映射器，得到所述映射器根据预设映射关系对所述空间坐标进行坐标映射，得到映射后空间坐标；
设置预设缩放参数、预设平移参数及所述映射后空间坐标作为变形处理器的输入参数，获得所述变形处理器根据所述预设缩放参数和预设平移参数对所述映射后空间坐标进行变形后的第三纹理坐标；
设置所述第三纹理坐标及预设速度参数作为平移器的输入参数，得到所述平移器根据所述输入参数进行动态平移处理后得到动态纹理坐标；
将所述动态纹理坐标输入第二纹理采样器，得到所述第二纹理采样器对第二彩色图片进行纹理采样后生成第二纹理贴图；
将所述第二纹理贴图和第二调节范围参数作为第二饱和度调节器的输入参数，得到所述第二饱和度调节器根据所述第二调节范围参数动态调整所述第二纹理贴图的颜色饱和度后输出的所述流光纹理贴图。
可选的，所述预设映射关系包括：所述空间坐标的x轴为第二顶点坐标的z轴，所述空间坐标的z轴为第二顶点坐标的x轴。
可选的，所述变形处理器包括缩放处理器和偏移处理器；
所述设置预设缩放参数、预设平移参数及所述映射后空间坐标作为变形处理器的输入参数，获得所述变形处理器根据所述预设缩放参数和预设平移参数对所述映射后空间坐标进行变形后的第三纹理坐标，包括：
将预设缩放参数和所述映射后空间坐标的x轴和y轴数据输入所述缩放处理器，得到所述缩放处理器根据所述预设缩放参数对所述x轴和y轴数据进行缩放处理后输出的所述第三纹理坐标的x轴和y轴数据；
将预设偏移参数和所述映射后空间坐标的z轴数据输入所述偏移处理器，得到所述偏移处理器根据所述预设偏移参数对所述z轴数据进行偏移处理后输出的所述第三纹理坐标的z轴数据。
可选的，所述使用带所述输入参数的第一着色器，并用所述待渲染3D模型的空间坐标进行纹理处理，还包括：
对所述第一着色器进行自发光处理。
根据本申请实施例的另一个方面，提供了一种3D模型的渲染装置，包括：
第一获取模块，用于获取待渲染3D模型及其对应的法线贴图；
第一生成模块，用于生成带菲涅尔反射材质的第一着色器；
第一设置模块，用于设置所述法线贴图和色彩增强贴图作为第一着色器的输入参数；
渲染模块，用于使用带所述输入参数的第一着色器，并用所述待渲染3D模型的空间坐标进行纹理处理，通过渲染管道对所述待渲染3D模型进行透明渲染处理。
根据本申请实施例的另一个方面，提供了一种电子设备，包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行计算机程序时，实现上述方法步骤。
根据本申请实施例的另一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述方法步骤。
本申请实施例提供的上述技术方案与现有技术相比具有如下优点：
通过法线贴图生成菲涅尔材质，可以影响待渲染模型的表面法线，使得3D模型表面具有丰富的纹理细节，且能够根据相机位置的变化产生不同强度的反射现象。并且，可以通过选择不同的法线贴图以使得3D模型产生不同的菲涅尔效果。另外，通过色彩增强贴图，为3D模型表面增加光影流动，有大量丰富的色彩变化而不是单纯的扫光效果。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
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，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请实施例提供的一种3D模型的渲染方法的流程图；
图2为本申请另一实施例提供的一种3D模型的渲染方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的实现上述步骤S21至步骤S23的节点示意图；
图4为本申请另一实施例提供的一种3D模型的渲染方法的流程图；
图5为本申请实施例提供的生成色彩增强贴图的节点示意图；
图6为本申请另一实施例提供的一种3D模型的渲染方法的流程图；
图7为本申请另一实施例提供的一种3D模型的渲染方法的流程图；
图8为本申请实施例提供的生成流光纹理贴图的节点示意图；
图9为本申请另一实施例提供的一种3D模型的渲染方法的流程图；
图10为本申请实施例提供的实现上述步骤S71至步骤S72的节点示意图；
图11为本申请实施例提供的实现上述步骤S14的节点示意图；
图12为本申请实施例提供的一种3D模型的渲染装置的框图；
图13为本申请另一实施例提供的一种3D模型的渲染装置的框图；
图14为本申请另一实施例提供的一种3D模型的渲染装置的框图；
图15为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
首先，在对本申请实施例进行描述的过程中出现的部分名词或者术语适用于如下解释：
菲涅尔(Fresnel)效果，是指光照基于观察者的角度来形成不同强度反射的现象。
在游戏中，对模型的渲染是游戏开发过程中的重要组成部分，游戏中模型的渲染效果决定了游戏画面的质量和流畅度。为了提高游戏中模型的透明效果，本申请实施例在菲涅尔材质的基础上，表现模型的纹理细节，同时材质色调有一定变化，使得模型具有光影流动的动态效果。
本申请实施例可以通过Unity 3D、Unreal Engine等游戏引擎实现。
下面对本发明实施例所提供的一种3D模型的渲染方法进行介绍。
图1为本申请实施例提供的一种3D模型的渲染方法的流程图。如图1所示，该方法包括以下步骤：
步骤S11，获取待渲染3D模型及其对应的法线贴图；
步骤S12，生成带菲涅尔反射材质的第一着色器；
步骤S13，设置法线贴图和色彩增强贴图作为第一着色器的输入参数；
步骤S14，使用带输入参数的第一着色器，并用待渲染3D模型的空间坐标进行纹理处理，通过渲染管道对待渲染3D模型进行透明渲染处理。
上述步骤S11至步骤S14中，通过法线贴图生成菲涅尔材质，可以影响待渲染模型的表面法线，使得3D模型表面具有丰富的纹理细节，且能够根据相机位置的变化产生不同强度的反射现象。并且，可以通过选择不同的法线贴图以使得3D模型产生不同的菲涅尔效果。另外，通过色彩增强贴图，为3D模型表面增加光影流动，有大量丰富的色彩变化而不是单纯的扫光效果。
在上述步骤S11中，法线贴图(Normal Map)就是在原物体的凹凸表面的每个点上均作法线，通过RGB颜色通道来标记法线的方向。法线贴图是可以应用到3D表面的特殊纹理，不同于以往的纹理只可以用于2D表面。作为凹凸纹理的扩展，它使每个平面的各像素拥有了高度值，包含了许多细节的表面信息，能够在平平无奇的物体外形上，创建出许多种特殊的立体视觉效果。
在上述步骤S13中，色彩增强贴图，即预先生成的使得菲涅尔材质具有一定的动态色调变化的图形，可基于色彩丰富，色块不大且边缘模糊，整体呈螺旋状的图形得到。
通过这两个贴图，使得用于对模型进行渲染的菲涅尔材质具有丰富的表面细节及动态变化的色彩。
在上述步骤S12中，可以通过Unity中的菲涅尔表达式生成一个具有菲涅尔效果的材质。菲涅尔表达式具有“法线(Normal)”输入，可以将法线贴图输入“法线(Normal)”，通过法线贴图影响待渲染模型的表面法线。如果检查到表面法线与相机垂直，则会产生菲涅尔效果。
图2为本申请另一实施例提供的一种3D模型的渲染方法的流程图。如图2所示，该方法还包括以下步骤：
步骤S21，获取法线贴图参数及菲涅尔参数；
步骤S22，将待渲染3D模型的顶点颜色作为第一插值计算器的第一起始位置输入参数，法线贴图的顶点颜色作为第一插值计算器的第一目标位置输入参数，法线贴图参数作为第一插值计算器的第一插值速度输入参数，得到第一插值计算器根据第一起始位置输入参数、第一目标位置输入参数和第一插值速度输入参数进行插值计算后输出的第一线性插值结果；
步骤S23，将第一线性插值结果及菲涅尔参数输入菲涅尔材质编辑器，获得菲涅尔材质编辑器根据第一线性插值结果及菲涅尔参数生成的菲涅尔反射材质。
下面在Unity中对上述步骤S21至步骤S23的实现进行具体说明。
图3为本申请实施例提供的实现上述步骤S21至步骤S23的节点示意图。如图3所示，Vector0节点3101的输出为法线贴图的位置向量，输入到Lerp1节点3104的A输入端；Normal节点3102的输出为法线贴图，输入到Lerp1节点3104的B输入端；Normal_intensity节点3103的输出为法线贴图强度，输入到Lerp 1节点3104的Alpha输入端。Lerp 1节点3104通过Alpha计算两个值A和B之间的线性插值，即根据Alpha生成A、B之间的新的混合值。
具体地，Lerp 1节点3104根据以下公式进行线性差值计算：
(1-A)×I+B×I。
其中，A表示法线贴图的位置向量，B表示法线贴图，I表示Alpha值，即法线贴图强度。
经Lerp 1节点3104线性差值计算后，输出到第一线性插值结果到Fresnel节点3510的Normal输入端，同时，Fresnel_Power节点3105将菲涅尔强度参数输入到Fresnel节点3106的Power端，菲涅尔强度调节参数将影响菲涅尔效果所影响的区域大小。
Fresnel节点3106根据以下公式计算菲涅尔反射系数(ReflectionCoefficient)：
RC＝Bias+Scale×(1+N·I)Power。
其中，RC表示反射系数，Bias表示偏移量，Scale表示缩放量，N表示输入的法线贴图的顶点坐标，I表示入射光强度，Power表示菲涅尔强度参数。当Bias值趋向于0时为折射效果，趋向1为反射效果。
Fresnel节点3106在计算得到菲涅尔反射系数后，根据菲涅尔反射系数及法线贴图得到具有丰富表面细节具有菲涅尔效果的半透明材质，该材质上不同顶点上对应的菲涅尔反射系数不同，以产生不同的反射折射效果。
通过上述步骤S21至步骤S23中，通过法线贴图，可以影响待渲染模型的表面法线，使用法线贴图时，如果表面法线不平滑，则菲涅尔效果会出现在表面法线平滑的区域上。在渲染时，菲涅尔会检查表面法线是否与相机垂直，如果与相机垂直，则会产生菲涅尔效果。这样，使得3D模型表面具有丰富的纹理细节，且能够根据相机位置的变化产生不同强度的反射现象。并且，可以通过调节菲涅尔强度参数使得菲涅尔影响到的模型表面区域大小发生变化，还可通过选择不同的法线贴图以使得3D模型产生不同的菲涅尔效果。
图4为本申请另一实施例提供的一种3D模型的渲染方法的流程图。如图4所示，该方法还包括以下步骤：
步骤S41，获取待渲染3D模型的第一纹理坐标；
步骤S42，设置第一纹理坐标和第一平移参数作为第一平移器的输入参数，得到第一平移器根据第一平移参数对第一纹理坐标进行平移处理后输出的第二纹理坐标；
其中，第一平移参数包括平移速度及平移时间，平移速度包括在U(水平)方向上移动纹理坐标的速度(speed_U)以及在V(垂直)方向上移动纹理坐标的速度(speed_V)。
步骤S43，将第二纹理坐标输入第一纹理采样器，得到第一纹理采样器根据第二纹理坐标对第一彩色图片进行纹理采样后生成第一纹理贴图；
其中，第一彩色图片为一个色彩丰富，色块不大且边缘模糊，整体呈螺旋状的图形。通过对该图形进行纹理采样，得到每个纹理坐标对应的颜色信息，从而生成第一纹理贴图。
步骤S44，将第一纹理贴图输入色彩增强处理器，得到色彩增强处理器对第一纹理贴图进行色彩增强处理后输出的色彩增强贴图。
在一个可选实施例中，色彩增强处理器包括通道去除器和第一饱和度调节器，通道去除器的输出结果作为第一饱和度调节器的输入参数。上述步骤S44包括：
步骤A1，将第一纹理贴图输入通道去除器，将通道去除器对第一纹理贴图消除透明通道后的输出结果输入到第一饱和度调节器；
步骤A2，将第一调节范围参数输入第一饱和度调节器，得到第一饱和度调节器根据第一调节范围参数动态调整颜色饱和度后得到色彩增强贴图。
在上述步骤A1和步骤A2中，由于使用色彩增强贴图时需要的是其色相变化，因此，首先将第一纹理贴图的透明通道消除，再降低其饱和度，之所以不直接使用去通道和饱和度的纹理,是为了在去除的同时动态的调整强度,增强动态效果。
下面在Unity中对上述步骤S41至S44的实现进行具体说明。
图5为本申请实施例提供的生成色彩增强贴图的节点示意图。如图5所示，TextureCoodinates节点3201将待渲染模型的第一纹理坐标输入到Panner节点3205的UV输入端。通过Speed_U节点3202a和Speed_V节点3202b，可以设置的平移速度speed_U和speed_V。将speed_U和speed_V分别输入到Append 1节点3203的X输入端和Y输入端，由Append 1节点3203进行组合后得到新的平移速度向量输入到Panner节点3205的Speed输入端。通过Time节点3204可以设置平移时间，将平移时间输入Panner节点3205的Time输入端。
Panner节点3205根据平移速度向量和平移时间对第一纹理坐标进行平移处理后，将计算得到的第二纹理坐标输入Tex_mask节点3206的UV输入端。Tex_mask节点3206中存有第一预设图片，根据第二纹理坐标进行纹理采样后，生成第一纹理贴图，并将第一纹理贴图的色彩空间数据输入Power节点3208的Base输入端。Power_mask节点3207将设定的幂值输入Power节点3208的Exp输入端。Power节点3208基于输入的幂值对第一纹理贴图的RGBA色彩空间数据进行去幂运算，消除alpha透明通道，将第一纹理贴图的RGB色彩空间数据输入Desaturate节点3210的RGB输入端。Fraction节点3209将设置的第一预设比例输入Desaturate节点3210的Fraction输入端。Desaturate节点3210根据第一预设比例对RGB色彩空间数据进行降饱和度处理，最终输出色彩增强贴图。
在另一个可选实施例中，为了增加材质的动态表现，可以生成一个动态的流光纹理贴图，与菲涅尔材质、色彩增强贴图一起对模型进行渲染。图6为本申请另一实施例提供的一种3D模型的渲染方法的流程图。如图6所示，上述步骤S14包括以下步骤：
步骤S51，根据待渲染3D模型的空间坐标生成待渲染3D模型对应的流光纹理贴图；
步骤S52，将第二线性插值结果、菲涅尔参数及待渲染3D模型的顶点颜色输入第一乘法器，得到第一乘法器计算得到的第一乘积；
步骤S53，将第一乘积、流光纹理贴图及预设纹理颜色输入第一着色器。
通过上述步骤S51至步骤S53，进一步通过流光纹理贴图对模型进行渲染，使得3D模型表面呈现动态流光效果。
图7为本申请另一实施例提供的一种3D模型的渲染方法的流程图。如图7所示，在另一可选实施例中，步骤S51包括以下步骤：
步骤S61，将待渲染3D模型的空间坐标输入映射器，得到映射器根据预设映射关系对空间坐标进行坐标映射，得到映射后空间坐标；
步骤S62，设置预设缩放参数、预设平移参数及映射后空间坐标作为变形处理器的输入参数，获得变形处理器根据预设缩放参数和预设平移参数对映射后空间坐标进行变形后的第三纹理坐标；
步骤S63，设置第三纹理坐标及预设速度参数作为平移器的输入参数，得到平移器根据输入参数进行动态平移处理后得到动态纹理坐标；
步骤S64，将动态纹理坐标输入第二纹理采样器，得到第二纹理采样器对第二彩色图片进行纹理采样后生成第二纹理贴图；
步骤S65，将第二纹理贴图和第二调节范围参数作为第二饱和度调节器的输入参数，得到第二饱和度调节器根据第二调节范围参数动态调整第二纹理贴图的颜色饱和度后输出的流光纹理贴图。
本实施例中，通过使用待渲染模型的顶点坐标作为输入，结合一张图片来生成流光纹理贴图，形成动态的流光效果，可以高效准确的保证光影流动的空间与方向的正确性，避免流光效果中坐标和扫光不正确的情况。
可选的，上述步骤S61中的预设映射关系包括：第一顶点坐标的x轴为第二顶点坐标的z轴，第一顶点坐标的z轴为第二顶点坐标的x轴。将空间映射后的第二顶点坐标作为纹理采样的基础。
可选的，所述变形处理器包括缩放处理器和偏移处理器；上述步骤S62包括：
步骤C1，将预设缩放参数和所述映射后空间坐标的x轴和y轴数据输入所述缩放处理器，得到所述缩放处理器根据所述预设缩放参数对所述x轴和y轴数据进行缩放处理后输出的所述第三纹理坐标的x轴和y轴数据；
步骤C2，将预设偏移参数和所述映射后空间坐标的z轴数据输入所述偏移处理器，得到所述偏移处理器根据所述预设偏移参数对所述z轴数据进行偏移处理后输出的所述第三纹理坐标的z轴数据。
在上述步骤C1和C2，通过对纹理坐标进行x、y轴方向上的缩放以及z轴方向上的偏移，为流光效果增加了扭曲感，产生动态变形的效果。
下面在Unity中对上述步骤S51的实现进行具体说明。
图8为本申请实施例提供的生成流光纹理贴图的节点示意图。如图8所示，VertexPosition节点3301获取待渲染模型的第一顶点坐标，将第一顶点坐标输入Remap节点3302，将第一顶点坐标从[Min Old，Max Old]范围转换为由[Min New，Max New]定义的新值，并输出至Break To Components节点3303。Break To Components节点3303将输入的坐标进行分解，将坐标的x轴输出至Append2节点3304的y输入端，将坐标的z轴输入至Append 2节点3304的x输入端进行坐标空间映射。
Append 2节点3304内具有第二预设图片，该图片为具有亮度颜色变化的图片，使用第二顶点坐标对该第二预设图片进行采样，得到顶点数据，将顶点数据输入Scale AndOffset节点3308的Value输入端。
Scale offset value节点3305用于设置缩放参数和预设偏移参数，将对x、y轴的缩放参数输入Append 3节点3306，将对z轴的偏移参数输入Append 4节点3307。Append 3节点3306将组合后的缩放参数输入Scale And Offset节点3308的Scale输入端。Append 4节点3307将组合后的偏移参数输入Scale And Offset节点3308的Offset输入端。
Scale And Offset节点3308对顶点数据进行缩放、偏移处理后，将得到的纹理数据输出至UV_Panner节点3310的UV输入端。Speed angle节点3309用于设置第二平移参数，即UV平移速度及平移角速度，将在水平U方向上的平移速度输入UV_Panner节点3310的Speed U输入端，将在垂直V方向上的平移速度输入UV_Panner节点3310的Speed V输入端，将平移角速度输入UV_Panner节点3310的Angle输入端。UV_Panner节点3310根据第二平移参数对纹理数据进行平移处理，得到第三纹理坐标，并输出至Texture Sample节点3311的UV输入端。
Texture Sample节点3311基于第三纹理坐标及纹理数据进行纹理采样，得到第三纹理贴图。将第三纹理贴图的RGBA通道输出到Saturate节点3312，按照第二预设比例提高颜色饱和度后，得到流光纹理贴图。
图9为本申请另一实施例提供的一种3D模型的渲染方法的流程图。如图9所示，在另一个可选实施例中，上述步骤S13包括：
步骤S71，设置预设值作为第二插值计算器的第二起始位置输入参数，色彩增强贴图的顶点颜色作为第二插值计算器的第二目标位置输入参数，菲涅尔反射材质作为第二插值计算器的第二插值速度输入参数，输入第二插值计算器，得到第二插值计算器根据第二起始位置输入参数、第二目标位置输入参数和第二插值速度输入参数进行插值计算后输出的第二线性插值结果；
步骤S72，获取菲涅尔参数及待渲染3D模型的顶点颜色；
步骤S73，设置第二线性插值结果、菲涅尔参数及待渲染3D模型的顶点颜色作为第一着色器的输入参数。
下面在Unity中对上述步骤S71至步骤S72的实现进行具体说明。
图10为本申请实施例提供的实现上述步骤S71至步骤S72的节点示意图。如图10所示，Fload 0节点3402将预设值输出至Lerp 2节点3403的A输入端。Desaturate节点3210将色彩增强贴图输出至Lerp 2节点3403的B输入端。
Fresnel节点3106将菲涅尔材质输出至Clamp节点3401的输入端，Clamp节点3401将菲涅尔材质的值限制在最大值Max和最小值Min之间，将限制后的菲涅尔材质输出至Lerp2节点3403的Alpha输入端。
Lerp 2节点3403通过菲涅尔材质计算预设值与色彩增强贴图之间的线性插值，得到第二线性插值结果，并输出到Multiply 1节点3407的A输入端。
Fresnel_intensity节点3404将菲涅尔密度参数输出至Multiply 1节点3407的B输入端。Fresnel_color节点3405将菲涅尔颜色参数输出至Multiply节点3407的C输入端。Vertex_Color节点3406将模型顶点颜色参数输出至Multiply节点3407的D输入端。
Multiply 1节点3407将A、B、C、D四个输入端输入的数据相乘，得到第一材质。
下面在Unity中对上述步骤S14的实现进行具体说明。
图11为本申请实施例提供的实现上述步骤S14的节点示意图。如图11所示，Lerp 3节点3403还将第二线性插值结果输出至Multiply 2节点3502的A输入端。Saturate节点3312将流光纹理贴图输出到Multiply 2节点3502的B输入端。Color texture节点3501将预设颜色输出到Multiply 2节点3502的C输入端。Multiply 2节点3502将A、B、C三个端输入的数据相乘，将乘积输出至Add节点3503的B输入端。Multiply 1节点3407将第一材质输出到Add节点3503的A输入端。
Add节点3503将A、B输入端输入的数据相加，得到最终输出结果。
可选的，上述步骤S14还包括：对第一着色器进行自发光处理。Add节点3503将第二材质输出至Preview节点3504的Emission输入端，来设置第一着色器的自发光属性。这样，完成了整个透明效果的制作。
在上述实施例中，通过法线贴图生成菲涅尔材质，可以影响待渲染模型的表面法线，使得3D模型表面具有丰富的纹理细节，且能够根据相机位置的变化产生不同强度的反射现象。并且，可以通过选择不同的法线贴图以使得3D模型产生不同的菲涅尔效果。
另外，通过色彩增强贴图，为3D模型表面增加光影流动，有大量丰富的色彩变化而不是单纯的扫光效果。
再者，通过流光纹理贴图，使得3D模型表面呈现动态流光效果，并且由于使用待渲染模型的顶点坐标作为输入，结合一张图片来生成流光纹理贴图，形成动态的流光效果，可以高效的保证流动的空间与方向之间的正确性，避免流光效果中坐标和扫光不正确的情况。
综上，本申请实施例高效地实现了具有以下透明效果的模型：
1、根据相机位置的变化产生不同强度的反射现象；
2、可以展示出材质丰富的纹理细节；
3、表面具有丰富色彩变化的光影流动；
4、具有动态流光效果，流动的空间与方向准确度较高。
下述为本申请装置实施例，可以用于执行本申请方法实施例。
图12为本申请实施例提供的一种3D模型的渲染装置的框图，该装置可以通过软件、硬件或者两者的结合实现成为电子设备的部分或者全部。如图12所示，该3D模型的渲染装置包括：
第一获取模块101，用于获取待渲染3D模型及其对应的法线贴图；
第一生成模块102，用于生成带菲涅尔反射材质的第一着色器；
第一设置模块103，用于设置所述法线贴图和色彩增强贴图作为第一着色器的输入参数；
渲染模块104，用于使用带所述输入参数的第一着色器，并用所述待渲染3D模型的空间坐标进行纹理处理，通过渲染管道对所述待渲染3D模型进行透明渲染处理。
图13为本申请另一实施例提供的一种3D模型的渲染装置的框图，如图13所示，该装置还包括：
第二获取模块105，用于获取法线贴图参数及菲涅尔参数；
第一插值计算器106，用于将所述待渲染3D模型的顶点颜色作为起始位置输入参数，所述法线贴图的顶点颜色作为目标位置输入参数，所述法线贴图参数作为插值速度输入参数，得到根据输入参数进行插值计算后输出的第一线性插值结果；
菲涅尔材质编辑器107，用于根据所述第一线性插值结果及菲涅尔参数生成的所述菲涅尔反射材质。
图14为本申请另一实施例提供的一种3D模型的渲染装置的框图，如图14所示，该装置还包括：
第三获取模块108，用于获取所述待渲染3D模型的第一纹理坐标；
第一平移器109，用于根据所述第一平移参数对所述第一纹理坐标进行平移处理后输出第二纹理坐标；
第一纹理采样器110，用于根据所述第二纹理坐标对第一彩色图片进行纹理采样后生成第一纹理贴图；
色彩增强处理器111，用于对所述第一纹理贴图进行色彩增强处理后输出的所述色彩增强贴图。
可选的，第一设置模块103包括：
第二差值计算器，用于根据作为起始位置输入参数的预设值，作为目标位置输入参数的所述色彩增强贴图的顶点颜色，作为插值速度输入参数的所述菲涅尔反射材质，进行插值计算后输出第二线性插值结果；
获取子模块，用于获取菲涅尔参数及所述待渲染3D模型的顶点颜色；
设置子模块，用于设置所述第二线性插值结果、所述菲涅尔参数及所述待渲染3D模型的顶点颜色作为所述第一着色器的输入参数。
可选的，渲染模块104包括：
流光纹理贴图生成器，用于根据所述待渲染3D模型的空间坐标生成所述待渲染3D模型对应的流光纹理贴图；
第一乘法器，用于根据所述第二线性插值结果、所述菲涅尔参数及所述待渲染3D模型的顶点颜色计算得到第一乘积；
第一着色器，用于将所述第一乘积、所述流光纹理贴图及预设纹理颜色作为输入。
可选的，色彩增强处理器111包括通道去除器和第一饱和度调节器，所述通道去除器的输出结果作为所述第一饱和度调节器的输入参数；所述通道去除器，用于对所述第一纹理贴图消除透明通道后，将输出结果输入到所述第一饱和度调节器；所述第一饱和度调节器，用于根据所述第一调节范围参数动态调整颜色饱和度后得到所述色彩增强贴图。
可选的，流光纹理贴图生成器包括：
映射器，用于根据预设映射关系对所述待渲染3D模型的空间坐标进行坐标映射，得到映射后空间坐标；
变形处理器，用于根据预设缩放参数和预设平移参数对所述映射后空间坐标进行变形后得到第三纹理坐标；
平移器，用于根据预设速度对所述第三纹理坐标进行动态平移处理后得到动态纹理坐标；
第二纹理采样器，用于根据所述动态纹理坐标对第二彩色图片进行纹理采样后生成第二纹理贴图；
第二饱和度调节器，用于根据第二调节范围参数动态调整所述第二纹理贴图的颜色饱和度后输出的所述流光纹理贴图。
可选的，所述预设映射关系包括：所述空间坐标的x轴为第二顶点坐标的z轴，所述空间坐标的z轴为第二顶点坐标的x轴。
可选的，所述变形处理器包括缩放处理器和偏移处理器；
所述缩放处理器，用于根据所述预设缩放参数对所述映射后空间坐标的x轴和y轴数据进行缩放处理后，输出所述第三纹理坐标的x轴和y轴数据；
所述偏移处理器，用于根据所述预设偏移参数对所述映射后空间坐标的z轴数据进行偏移处理后，输出所述第三纹理坐标的z轴数据。
可选的，渲染模块104还包括：
自发光处理器，用于对所述第一着色器进行自发光处理。
本申请实施例还提供一种电子设备，如图15所示，电子设备可以包括：处理器1501、通信接口1502、存储器1503和通信总线1504，其中，处理器1501，通信接口1502，存储器1503通过通信总线1504完成相互间的通信。
存储器1503，用于存放计算机程序；
处理器1501，用于执行存储器1503上所存放的计算机程序时，实现以下上述方法实施例的步骤。
上述电子设备提到的通信总线可以是外设部件互连标准(PeripheralComponentInterconnect，P C I)总线或扩展工业标准结构(Extended IndustryStandardArchitecture，EISA)总线等。该通信总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
通信接口用于上述电子设备与其他设备之间的通信。
存储器可以包括随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)，也可以包括非易失性存储器(Non-Volatile Memory，NVM)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(Network Processor，NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignalProcessing，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以下上述方法实施例的步骤。
需要说明的是，对于上述装置、电子设备及计算机可读存储介质实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。
进一步需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
以上仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (12)
1.一种3D模型的渲染方法，其特征在于，包括：
获取待渲染3D模型及其对应的法线贴图；
生成带菲涅尔反射材质的第一着色器；
设置所述法线贴图和色彩增强贴图作为第一着色器的输入参数；
使用带所述输入参数的第一着色器，并用所述待渲染3D模型的空间坐标进行纹理处理，通过渲染管道对所述待渲染3D模型进行透明渲染处理；
所述方法还包括：
获取所述待渲染3D模型的第一纹理坐标；
设置所述第一纹理坐标和第一平移参数作为第一平移器的输入参数，得到所述第一平移器根据所述第一平移参数对所述第一纹理坐标进行平移处理后输出的第二纹理坐标；
将所述第二纹理坐标输入第一纹理采样器，得到所述第一纹理采样器根据所述第二纹理坐标对第一彩色图片进行纹理采样后生成第一纹理贴图；
将所述第一纹理贴图输入色彩增强处理器，得到所述色彩增强处理器对所述第一纹理贴图进行色彩增强处理后输出的所述色彩增强贴图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
获取法线贴图参数及菲涅尔参数；
将所述待渲染3D模型的顶点颜色作为第一插值计算器的第一起始位置输入参数，所述法线贴图的顶点颜色作为所述第一插值计算器的第一目标位置输入参数，所述法线贴图参数作为所述第一插值计算器的第一插值速度输入参数，得到所述第一插值计算器根据所述第一起始位置输入参数、第一目标位置输入参数和第一插值速度输入参数进行插值计算后输出的第一线性插值结果；
将所述第一线性插值结果及所述菲涅尔参数输入菲涅尔材质编辑器，获得所述菲涅尔材质编辑器根据所述第一线性插值结果及菲涅尔参数生成的所述菲涅尔反射材质。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述色彩增强处理器包括通道去除器和第一饱和度调节器，所述通道去除器的输出结果作为所述第一饱和度调节器的输入参数；
所述将所述第一纹理贴图输入色彩增强处理器，得到所述色彩增强处理器进行色彩增强处理后输出的所述色彩增强贴图，包括：
将所述第一纹理贴图输入所述通道去除器，将所述通道去除器对所述第一纹理贴图消除透明通道后的输出结果输入到所述第一饱和度调节器；
将第一调节范围参数输入所述第一饱和度调节器，得到所述第一饱和度调节器根据所述第一调节范围参数动态调整颜色饱和度后得到所述色彩增强贴图。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置所述法线贴图和色彩增强贴图作为第一着色器的输入参数，包括：
设置预设值作为第二插值计算器的第二起始位置输入参数，所述色彩增强贴图的顶点颜色作为所述第二插值计算器的第二目标位置输入参数，所述菲涅尔反射材质作为所述第二插值计算器的第二插值速度输入参数，输入所述第二插值计算器，得到所述第二插值计算器根据所述第二起始位置输入参数、第二目标位置输入参数和第二插值速度输入参数进行插值计算后输出的第二线性插值结果；
获取菲涅尔参数及所述待渲染3D模型的顶点颜色；
设置所述第二线性插值结果、所述菲涅尔参数及所述待渲染3D模型的顶点颜色作为所述第一着色器的输入参数。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述使用带所述输入参数的第一着色器，并用所述待渲染3D模型的空间坐标进行纹理处理，包括：
根据所述待渲染3D模型的空间坐标生成所述待渲染3D模型对应的流光纹理贴图；
将所述第二线性插值结果、所述菲涅尔参数及所述待渲染3D模型的顶点颜色输入第一乘法器，得到所述第一乘法器计算得到的第一乘积；
将所述第一乘积、所述流光纹理贴图及预设纹理颜色输入所述第一着色器。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据所述待渲染3D模型的空间坐标生成所述待渲染3D模型对应的流光纹理贴图，包括：
将所述待渲染3D模型的空间坐标输入映射器，得到所述映射器根据预设映射关系对所述空间坐标进行坐标映射，得到映射后空间坐标；
设置预设缩放参数、预设平移参数及所述映射后空间坐标作为变形处理器的输入参数，获得所述变形处理器根据所述预设缩放参数和预设平移参数对所述映射后空间坐标进行变形后的第三纹理坐标；
设置所述第三纹理坐标及预设速度参数作为平移器的输入参数，得到所述平移器根据所述输入参数进行动态平移处理后得到动态纹理坐标；
将所述动态纹理坐标输入第二纹理采样器，得到所述第二纹理采样器对第二彩色图片进行纹理采样后生成第二纹理贴图；
将所述第二纹理贴图和第二调节范围参数作为第二饱和度调节器的输入参数，得到所述第二饱和度调节器根据所述第二调节范围参数动态调整所述第二纹理贴图的颜色饱和度后输出的所述流光纹理贴图。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设映射关系包括：所述空间坐标的x轴为第二顶点坐标的z轴，所述空间坐标的z轴为第二顶点坐标的x轴。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述变形处理器包括缩放处理器和偏移处理器；
所述设置预设缩放参数、预设平移参数及所述映射后空间坐标作为变形处理器的输入参数，获得所述变形处理器根据所述预设缩放参数和预设平移参数对所述映射后空间坐标进行变形后的第三纹理坐标，包括：
将预设缩放参数和所述映射后空间坐标的x轴和y轴数据输入所述缩放处理器，得到所述缩放处理器根据所述预设缩放参数对所述x轴和y轴数据进行缩放处理后输出的所述第三纹理坐标的x轴和y轴数据；
将预设偏移参数和所述映射后空间坐标的z轴数据输入所述偏移处理器，得到所述偏移处理器根据所述预设偏移参数对所述z轴数据进行偏移处理后输出的所述第三纹理坐标的z轴数据。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述使用带所述输入参数的第一着色器，并用所述待渲染3D模型的空间坐标进行纹理处理，还包括：
对所述第一着色器进行自发光处理。
10.一种3D模型的渲染装置，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取待渲染3D模型及其对应的法线贴图；
第一生成模块，用于生成带菲涅尔反射材质的第一着色器；
第一设置模块，用于设置所述法线贴图和色彩增强贴图作为第一着色器的输入参数；
渲染模块，用于使用带所述输入参数的第一着色器，并用所述待渲染3D模型的空间坐标进行纹理处理，通过渲染管道对所述待渲染3D模型进行透明渲染处理；
所述装置还包括：
第三获取模块，用于获取所述待渲染3D模型的第一纹理坐标；
第一平移器，用于根据第一平移参数对所述第一纹理坐标进行平移处理后输出第二纹理坐标；
第一纹理采样器，用于根据所述第二纹理坐标对第一彩色图片进行纹理采样后生成第一纹理贴图；
色彩增强处理器，用于对所述第一纹理贴图进行色彩增强处理后输出的所述色彩增强贴图。
11.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器、通信接口、存储器和通信总线，其中，处理器，通信接口，存储器通过通信总线完成相互间的通信；
所述存储器，用于存放计算机程序；
所述处理器，用于执行所述计算机程序时，实现权利要求1-9任一项所述的方法步骤。
12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-9任一项所述的方法步骤。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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