CN112291619B - 一种基于阻塞与停顿的移动端小程序帧渲染方法 - Google Patents

一种基于阻塞与停顿的移动端小程序帧渲染方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于阻塞与停顿的移动端小程序帧渲染方法，在移动端小程序内设置交互层、控制层、渲染优化算法模块和渲染层；交互层是移动端小程序内接收和存储人机交互信息的模块，用于在人机交互中接收、存储和分析使用者对机器的操作指令；控制层接收交互层的输出信息，当未产生交互时，不对场景进行渲染，当有交互信息时，将场景数据输入渲染优化算法模块，再次判断动态场景是否需要进行渲染，需要渲染时由渲染层对场景进行渲染。该方法能够在不影响使用者主观感受的同时，平衡高渲染帧率与中央处理器的性能。

Description

一种基于阻塞与停顿的移动端小程序帧渲染方法
技术领域
本发明属于动态场景处理领域，具体涉及一种帧渲染方法。
背景技术
如今，对场景进行动态渲染已经应用到人们的生活、工作、科学研究等各个方面。然而由于中央处理器的性能限定，当前的移动端渲染帧率一般设定为固定数值，如手机屏幕的刷新率多数设定为60Hz，少数设定为90Hz或120Hz，很多游戏公司追求逼真流畅的动态效果，把游戏小程序动态加载画面设置成高渲染帧率，这给中央处理器带来较大的加载压力，造成中央处理器负载过大，表现为动态场景加载卡顿、中央处理器宕机等现象。
目前常见的解决高渲染帧率与中央处理器加载性能矛盾的方案主要由两个，一是依赖硬件性能的提升，如使用更高级的中央处理器，提供更高的算力，覆盖高渲染帧率的性能浪费。二是让使用者可以自己手动设置渲染帧率限定值，以降低使用者的使用感受为代价，平衡中央处理器性能与渲染帧率。但是这两种解决方案都有很明显的缺陷，方案一单纯依赖硬件性能提升，在摩尔效应已经逐步放缓的今天，已经不太适用。方案二则降低了使用者的使用感受，高渲染帧率其实已经荡然无存。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种基于阻塞与停顿的移动端小程序帧渲染方法，在移动端小程序内设置交互层、控制层、渲染优化算法模块和渲染层；交互层是移动端小程序内接收和存储人机交互信息的模块，用于在人机交互中接收、存储和分析使用者对机器的操作指令；控制层接收交互层的输出信息，当未产生交互时，不对场景进行渲染，当有交互信息时，将场景数据输入渲染优化算法模块，再次判断动态场景是否需要进行渲染，需要渲染时由渲染层对场景进行渲染。该方法能够在不影响使用者主观感受的同时，平衡高渲染帧率与中央处理器的性能。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
步骤1：在移动端小程序内设置交互层、控制层、渲染优化算法模块和渲染层；所述交互层是移动端小程序内接收和存储人机交互信息的模块，用于在人机交互中接收、存储和分析使用者对机器的操作指令；所述控制层介于交互层和渲染层之间，接收交互层的输出信息，控制渲染层进行渲染；所述渲染优化算法模块用于判断动态场景是否需要进行渲染；所述渲染层被控制层和渲染优化算法共同控制，对场景进行渲染；
步骤2：当交互层未接收到交互数据时，定义渲染为静态渲染，跳转到步骤3；当交互层接收到交互数据时，定义渲染为动态渲染，跳转到步骤4；
步骤3：当渲染为静态渲染时，控制层不对渲染层发出渲染指令，使得渲染层不对静态画面进行渲染，形成静态模式下的渲染阻塞，直到交互层接收到新的交互数据；
步骤4：当渲染为动态渲染时，交互层把场景数据传递给控制层，控制层再把场景数据输入渲染优化算法模块；
步骤5：渲染优化算法模块通过以下步骤判断对场景是否进行重新渲染：
步骤5-1：设定渲染评判阈值T；
步骤5-2：获取初始视角空间矩阵：
[xa ya za wa]
其中，a表示视角，xa、ya、za分别表示视角的x、y、z空间坐标，wa是转换运算的第四维参数；
步骤5-3：获取初始视角坐标变换矩阵：
其中，la11～la44是初始视角坐标变换参数；
步骤5-4：计算下一帧内视角的欧式距离变换量；
首先计算：
其中，t表示时间，xat、yat、zat表示经过时间t后视角的x、y、z空间坐标，wat是经过时间t后转换运算的第四维参数；la11t～la44t是经过时间t后视角坐标变换参数，[m1 m2 m3 m4]表示初始视角空间矩阵与初始视角坐标变换矩阵的运算结果，[m1t m2t m3t m4t]表示经过时间t后视角空间矩阵与视角坐标变换矩阵的运算结果；
计算下一帧内视角的欧式距离变换量：
步骤5-5：若V≥T，则渲染优化算法模块向渲染层发出驱动信号；否则，若V<T,进入步骤5-6；
步骤5-6：假定需要渲染的场景中有n个可移动目标物，给每个可移动目标物分别设定权重为k1,k2,…,kn；
步骤5-7：获取场景中第i个可移动目标物的空间坐标矩阵：
[xi yi zi wi]
其中，xi、yi、zi分别表示第i个可移动目标物的x、y、z空间坐标，wi是对第i个可移动目标物进行转换运算的第四维参数；
步骤5-8：对第i个可移动目标物的空间坐标矩阵归一化，得到：
步骤5-9：获取第i个可移动目标物的3D动画坐标变换矩阵：
其中，l11～l44是第i个可移动目标物的3D动画坐标变换矩参数；
步骤5-10：计算下一帧内第i个可移动目标物的欧氏距离变换量；
首先计算：
其中，xit、yit、zit表示经过时间t后第i个可移动目标物的x、y、z空间坐标，wit是经过时间t后对第i个可移动目标物进行转换运算的第四维参数；l11t～l44t是经过时间t后第i个可移动目标物的3D动画坐标变换矩参数；[n1 n2 n3 n4]表示第i个可移动目标物空间坐标矩阵与3D动画坐标变换矩阵的运算结果，[n1t n2t n3t n4t]是经过时间t后第i个可移动目标物空间坐标矩阵与3D动画坐标变换矩阵的运算结果；
计算下一帧内第i个可移动目标物的欧氏距离变换量：
步骤5-11：计算所有可移动目标物不同权重下的欧氏距离变换量：
其中，ki表示第i个可移动目标物的权重；
步骤5-12：若S≥T，则渲染优化算法模块向渲染层发出驱动信号；否则，若S<T,则渲染优化算法模块向渲染层发出停顿信号；
步骤6：当渲染层接收到渲染优化算法的驱动信号时，正常渲染下一帧场景；当渲染层接收到渲染优化算法的停顿信号时，则对下一帧场景不进行渲染，继续沿用上一帧场景。
优选地，在渲染层进行渲染时，帧率必须不小于24Hz；当设定帧率为H时，对取整为L，确保每隔L帧要重新渲染下一帧。
优选地，wa＝wat＝wi＝wit＝1。
本发明的有益效果是：由于采用了本发明的一种基于阻塞与停顿的移动端小程序帧渲染方法，能够在不影响使用者主观感受的同时，平衡高渲染帧率与中央处理器的性能。
附图说明
图1为本发明方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图1所示，本发明提供了一种基于阻塞与停顿的移动端小程序帧渲染方法，包括以下步骤：
步骤1：在移动端小程序内设置交互层、控制层、渲染优化算法模块和渲染层；
所述交互层是移动端小程序内接收和存储人机交互信息的模块，用于在人机交互中接收、存储和分析使用者对机器的操作指令；交互层的感知数据来源于是否对小程序的动态场景进行物体位移、旋转或者整体场景视角变换等操作；
所述控制层介于交互层和渲染层之间，接收交互层的输出信息，控制渲染层进行渲染；
所述渲染优化算法模块用于判断动态场景是否需要进行渲染，为了保证普适性与通用性，渲染优化算法模块不直接加入控制层；
所述渲染层被控制层和渲染优化算法共同控制，对场景进行渲染；
步骤2：当交互层未接收到交互数据时，定义渲染为静态渲染，跳转到步骤3；当交互层接收到交互数据时，定义渲染为动态渲染，跳转到步骤4；
步骤3：当渲染为静态渲染时，为控制层添加阻塞信息，使得控制层不再对渲染层发出渲染指令，间接地阻塞了渲染层，使得渲染层不对静态画面进行渲染，形成静态模式下的渲染阻塞，直到交互层接收到新的交互数据；
步骤4：当渲染为动态渲染时，交互层把场景数据传递给控制层，驱动控制层，控制层再把场景数据输入渲染优化算法模块；
步骤5：渲染优化算法模块通过以下步骤判断对场景是否进行重新渲染：
步骤5-1：设定渲染评判阈值T；
步骤5-2：获取初始视角空间矩阵：
[xa ya za wa]
其中，a表示视角，xa、ya、za分别表示视角的x、y、z空间坐标，wa是转换运算的第四维参数，通常设定为1；
若是观察视角发生变化，则必然要对下一帧进行刷新，所以不需要进行归一化处理。
步骤5-3：获取初始视角坐标变换矩阵：
其中，la11～la44是初始视角坐标变换参数；初始视角坐标变换矩阵整体是一个四阶矩阵；
步骤5-4：计算下一帧内视角的欧式距离变换量；
首先计算：
其中，t表示时间，xat、yat、zat表示经过时间t后视角的x、y、z空间坐标，wat是经过时间t后转换运算的第四维参数，通常设定为1；la11t～la44t是经过时间t后视角坐标变换参数，[m1 m2 m3 m4]表示初始视角空间矩阵与初始视角坐标变换矩阵的运算结果，[m1t m2t m3tm4t]表示经过时间t后视角空间矩阵与视角坐标变换矩阵的运算结果；
计算下一帧内视角的欧式距离变换量：
步骤5-5：若V≥T，则表明当前场景中观察视角移动较多，渲染优化算法模块向渲染层发出驱动信号；否则，若V<T,进入步骤5-6；
步骤5-6：假定需要渲染的场景中有n个可移动目标物，给每个可移动目标物分别设定权重为k1,k2,…,kn；
步骤5-7：获取场景中第i个可移动目标物的空间坐标矩阵：
[xi yi zi wi]
其中，xi、yi、zi分别表示第i个可移动目标物的x、y、z空间坐标，wi是对第i个可移动目标物进行转换运算的第四维参数，通常设定为1；
步骤5-8：对第i个可移动目标物的空间坐标矩阵归一化，得到：
步骤5-9：获取第i个可移动目标物的3D动画坐标变换矩阵：
其中，l11～l44是第i个可移动目标物的3D动画坐标变换矩参数；
步骤5-10：计算下一帧内第i个可移动目标物的欧氏距离变换量；
首先计算：
其中，xit、yit、zit表示经过时间t后第i个可移动目标物的x、y、z空间坐标，wit是经过时间t后对第i个可移动目标物进行转换运算的第四维参数，通常设定为1；l11t～l44t是经过时间t后第i个可移动目标物的3D动画坐标变换矩参数；[n1 n2 n3 n4]表示第i个可移动目标物空间坐标矩阵与3D动画坐标变换矩阵的运算结果，[n1t n2t n3t n4t]是经过时间t后第i个可移动目标物空间坐标矩阵与3D动画坐标变换矩阵的运算结果；
计算下一帧内第i个可移动目标物的欧氏距离变换量：
步骤5-11：计算所有可移动目标物不同权重下的欧氏距离变换量：
其中，ki表示第i个可移动目标物的权重；
步骤5-12：若S≥T，则表明当前场景中目标物体移动较多，渲染优化算法模块向渲染层发出驱动信号；否则，若S<T,则渲染优化算法模块向渲染层发出停顿信号；
步骤6：当渲染层接收到渲染优化算法的驱动信号时，正常渲染下一帧场景；当渲染层接收到渲染优化算法的停顿信号时，则对下一帧场景不进行渲染，继续沿用上一帧场景。
由于人的肉眼视觉残留效果，在渲染层进行渲染时，帧率必须不小于24Hz才具备流畅的动画效果，所以当设定帧率为H时，对取整为L，确保每隔L帧要重新渲染下一帧。例如设定的帧渲染率为90Hz，在用户的交互情况较少的情况下至少保证每隔2帧重新渲染1帧，实际总渲染帧率为30Hz。

Claims (3)

1.一种基于阻塞与停顿的移动端小程序帧渲染方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：在移动端小程序内设置交互层、控制层、渲染优化算法模块和渲染层；所述交互层是移动端小程序内接收和存储人机交互信息的模块，用于在人机交互中接收、存储和分析使用者对机器的操作指令；所述控制层介于交互层和渲染层之间，接收交互层的输出信息，控制渲染层进行渲染；所述渲染优化算法模块用于判断动态场景是否需要进行渲染；所述渲染层被控制层和渲染优化算法共同控制，对场景进行渲染；
步骤2：当交互层未接收到交互数据时，定义渲染为静态渲染，跳转到步骤3；当交互层接收到交互数据时，定义渲染为动态渲染，跳转到步骤4；
步骤3：当渲染为静态渲染时，控制层不对渲染层发出渲染指令，使得渲染层不对静态画面进行渲染，形成静态模式下的渲染阻塞，直到交互层接收到新的交互数据；
步骤4：当渲染为动态渲染时，交互层把场景数据传递给控制层，控制层再把场景数据输入渲染优化算法模块；
步骤5：渲染优化算法模块通过以下步骤判断对场景是否进行重新渲染：
步骤5-1：设定渲染评判阈值T；
步骤5-2：获取初始视角空间矩阵：
[xa ya za wa]
其中，a表示视角，xa、ya、za分别表示视角的x、y、z空间坐标，wa是转换运算的第四维参数；
步骤5-3：获取初始视角坐标变换矩阵：
其中，la11～la44是初始视角坐标变换参数；
步骤5-4：计算下一帧内视角的欧式距离变换量；
首先计算：
其中，t表示时间，xat、yat、zat表示经过时间t后视角的x、y、z空间坐标，wat是经过时间t后转换运算的第四维参数；la11t～la44t是经过时间t后视角坐标变换参数，[m1 m2 m3 m4]表示初始视角空间矩阵与初始视角坐标变换矩阵的运算结果，[m1t m2t m3t m4t]表示经过时间t后视角空间矩阵与视角坐标变换矩阵的运算结果；
计算下一帧内视角的欧式距离变换量：
V＝([m1 m2 m3 m4]-[m1t m2t m3t m4t])2
步骤5-5：若V≥T，则渲染优化算法模块向渲染层发出驱动信号；否则，若V<T,进入步骤5-6；
步骤5-6：假定需要渲染的场景中有n个可移动目标物，给每个可移动目标物分别设定权重为k1,k2,…,kn；
步骤5-7：获取场景中第i个可移动目标物的空间坐标矩阵：
[xi yi zi wi]
其中，xi、yi、zi分别表示第i个可移动目标物的x、y、z空间坐标，wi是对第i个可移动目标物进行转换运算的第四维参数；
步骤5-8：对第i个可移动目标物的空间坐标矩阵归一化，得到：
步骤5-9：获取第i个可移动目标物的3D动画坐标变换矩阵：
其中，l11～l44是第i个可移动目标物的3D动画坐标变换矩参数；
步骤5-10：计算下一帧内第i个可移动目标物的欧氏距离变换量；
首先计算：
其中，xit、yit、zit表示经过时间t后第i个可移动目标物的x、y、z空间坐标，wit是经过时间t后对第i个可移动目标物进行转换运算的第四维参数；l11t～l44t是经过时间t后第i个可移动目标物的3D动画坐标变换矩参数；[n1 n2 n3 n4]表示第i个可移动目标物空间坐标矩阵与3D动画坐标变换矩阵的运算结果，[n1t n2t n3t n4t]是经过时间t后第i个可移动目标物空间坐标矩阵与3D动画坐标变换矩阵的运算结果；
计算下一帧内第i个可移动目标物的欧氏距离变换量：
Mi＝([n1 n2 n3 n4]-[n1t n2t n3t n4t])2
步骤5-11：计算所有可移动目标物不同权重下的欧氏距离变换量：
其中，ki表示第i个可移动目标物的权重；
步骤5-12：若S≥T，则渲染优化算法模块向渲染层发出驱动信号；否则，若S<T,则渲染优化算法模块向渲染层发出停顿信号；
步骤6：当渲染层接收到渲染优化算法的驱动信号时，正常渲染下一帧场景；当渲染层接收到渲染优化算法的停顿信号时，则对下一帧场景不进行渲染，继续沿用上一帧场景。
2.根据权利要求1所述的一种基于阻塞与停顿的移动端小程序帧渲染方法，其特征在于，在渲染层进行渲染时，帧率必须不小于24Hz；当设定帧率为H时，对 取整为L，确保每隔L帧要重新渲染下一帧。
3.根据权利要求1所述的一种基于阻塞与停顿的移动端小程序帧渲染方法，其特征在于，wa＝wat＝wi＝wit＝1。
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