CN112348881B - 图像渲染方法、装置和电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种图像渲染方法、装置和电子设备；其中，该方法包括：获取目标水体渲染所需的多层级的初始波形图；每层级的初始波形图由每层级对应的多个指定频率的波形叠加生成；根据初始波形图的位置点与初始波形图中心位置的距离，调整位置点上对应的波形的波形数据；调整后的多层级的初始波形图之间，边缘位置点的波形数据的差值低于预设阈值；基于预设的叠加规则，将调整后的多层级的初始波形图进行叠加处理，得到多层级的叠加波形图；基于多层级的叠加波形图对目标水体进行渲染。该方式无需对多层波形图进行采样也能避免网格间使用不同层级的波形图进行渲染时发生效果跳变的问题，在保证目标水体的渲染效果过渡自然的同时，降低了渲染开销。
Description
技术领域
本发明涉及游戏技术领域，尤其是涉及一种图像渲染方法、装置和电子设备。
背景技术
在对海洋等水体进行渲染时，需要在水面上渲染水浪波形，以实现逼真的渲染效果。水浪波形的渲染需要大量的多频率的波叠加生成。为了节约渲染开销，通常在距离虚拟相机较近的区域采用丰富频率的波形图渲染波形，在距离虚拟相机较远的区域采用较少频率的波形图渲染波形；由于不同区域的渲染采用的波形图不同，区域之间的渲染效果会发生跳变；为了避免该问题，在对某区域进行渲染时，除了采样该区域对应的波形图中的波形数据外，还需要采样相邻区域对应的波形图中的波形数据，这种对多个波形图进行采样的方式，导致波形渲染具有较大的开销。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种图像渲染方法、装置和电子设备，在保证目标水体的渲染效果过渡自然的同时，降低渲染开销。
第一方面，本发明实施例提供了一种图像渲染方法，方法包括：获取目标水体渲染所需的多层级的初始波形图；其中，每层级的初始波形图由每层级对应的多个指定频率的波形叠加生成；根据初始波形图的位置点与初始波形图中心位置的距离，调整位置点上对应的波形的波形数据；其中，调整后的多层级的初始波形图之间，边缘位置点的波形数据的差值低于预设阈值，初始波形图包含多个位置点；基于预设的叠加规则，将调整后的多层级的初始波形图进行叠加处理，得到多层级的叠加波形图；基于多层级的叠加波形图对目标水体进行渲染。
上述获取目标水体渲染所需的多层级的初始波形图的步骤，包括：获取目标水体渲染所需的波形的频率范围，将频率范围划分为多个频率组；其中，每个频率组包括多个波形频率；将频率组中的多个波形频率对应的波形进行叠加处理，得到频率组对应的初始波形图。
上述获取目标水体渲染所需的波形的频率范围的步骤，包括：根据虚拟相机的位置，以及目标水体对应的网格图中的最高网格密度，确定目标水体渲染所需的波形的频率范围。
上述根据初始波形图的位置点与初始波形图中心位置的距离，调整位置点上对应的波形的波形数据的步骤，包括：根据位置点与初始波形图中心位置的距离，确定位置点对应的调整系数；其中，距离越大，调整系数越小；将位置点上对应的波形的波形数据与位置点对应的调整系数相乘，得到位置点上的调整后的波形数据。
上述根据位置点与初始波形图中心位置的距离，确定位置点对应的调整系数的步骤，包括：通过下述算式，计算位置点对应的调整系数：
其中，factor为调整系数，x为位置点的指定维度上的坐标值；Distance代表求距离；0.5为初始波形图中心位置的指定维度上的坐标值。
上述多层级的初始波形图中，按照层级由高到低的顺序，初始波形图中包含的波形的频率依次升高；上述基于预设的叠加规则，将调整后的多层级的初始波形图进行叠加处理，得到多层级的叠加波形图的步骤，包括：将最高层级的初始波形图作为最高层级的叠加波形图；将最高层级的初始波形图作为当前波形图，将当前波形图中指定位置区域内的波形数据叠加至当前波形图的下一层级的初始波形图中，得到下一层级的叠加波形图；将下一层级的叠加波形图作为更新的当前波形图，继续执行将当前波形图中指定位置区域内的波形数据叠加至当前波形图的下一层级的初始波形图中的步骤，直至得到最低层级的叠加波形图。
上述基于预设的叠加规则，将调整后的多层级的初始波形图进行叠加处理，得到多层级的叠加波形图的步骤之后，方法还包括：对于除最高层级以外的每层级的叠加波形图，在当前层级的叠加波形图的边缘增加预设数量的位置点；获取当前层级的下一层级的叠加波形图中，边缘位置点上的波形数据；将获取到的波形数据存储至当前层级的叠加波形图中增加的位置点中。
上述基于多层级的叠加波形图对目标水体进行渲染的步骤，包括：获取目标水体的网格图；其中，网格图中包括多个网格，距离虚拟相机越远的网格的尺度越小；从多层级的叠加波形图中确定与网格的尺度相匹配的目标层级的叠加波形图；基于目标层级的叠加波形图，对网格进行渲染，得到渲染结果；基于网格的渲染结果，得到目标水体的渲染结果。
上述基于目标层级的叠加波形图，对网格进行渲染，得到渲染结果的步骤，包括：从目标层级的叠加波形图中确定网格的网格顶点位置上的目标波形数据；将目标波形数据叠加至网格顶点位置上的初始位置数据上，得到网格顶点的最终位置数据。
第二方面，本发明实施例提供了一种图像渲染装置，装置包括：波形图获取模块，用于获取目标水体渲染所需的多层级的初始波形图；其中，每层级的初始波形图由每层级对应的多个指定频率的波形叠加生成；数据调整模块，用于根据初始波形图的位置点与初始波形图中心位置的距离，调整位置点上对应的波形的波形数据；其中，调整后的多层级的初始波形图之间，边缘位置点的波形数据的差值低于预设阈值，初始波形图包含多个位置点；叠加处理模块，用于基于预设的叠加规则，将调整后的多层级的初始波形图进行叠加处理，得到多层级的叠加波形图；渲染模块，用于基于多层级的叠加波形图对目标水体进行渲染。
第三方面，本发明实施例提供了一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的机器可执行指令，处理器执行机器可执行指令以实现上述图像渲染方法。
第四方面，本发明实施例提供了一种机器可读存储介质，机器可读存储介质存储有机器可执行指令，机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现上述图像渲染方法。
本发明实施例带来了以下有益效果：
上述图像渲染方法、装置和电子设备，目标水体渲染所需的多层级的初始波形图中，每层级的初始波形图由每层级对应的多个指定频率的波形叠加生成；根据初始波形图的位置点与初始波形图中心位置的距离，调整位置点上对应的波形的波形数据，使得调整后的多层级的初始波形图之间，边缘位置点的波形数据的差值低于预设阈值；然后再基于预设的叠加规则，将调整后的多层级的初始波形图进行叠加处理，得到多层级的叠加波形图，基于多层级的叠加波形图对目标水体进行渲染。该方式中，根据位置点与初始模型图中心位置的距离，调整各个位置点上的波形数据，使得各个层级的初始波形图的边缘位置点的波形数据相互接近，当相邻的网格基于不同层级的波形图进行渲染时，网格的边缘的渲染效果能够平滑自然过渡，每个网格仅需采样一个层级的波形图，无需对多层波形图进行采样也能避免网格间使用不同层级的波形图进行渲染时发生效果跳变的问题，在保证目标水体的渲染效果过渡自然的同时，降低了渲染开销。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域技术人员来讲，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为本发明实施例提供的一种图像渲染方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的多层级的叠加波形图生成方式流程图；
图3为本发明实施例提供的一种图像渲染装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电子设备的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
为了便于对本实施例的理解，首先描述海体波形以及海体波形的生成方式。海体波形主要指的是如何生成水体表面顶点的偏移量，并将这些偏移量其放置在一张贴图上。上述偏移量可以通过海体波形统计学模型得到，输入XoZ平面上的坐标位置，即可通过给定了参数的海体波形统计学模型得到该坐标位置的水体表面偏移量。在海体波形统计学模型中，将海洋视作无限多个振幅不同、频率不同、方向不同，且相位杂乱的波组成，这些波便构成了海浪谱。
实际应用中，每个波是Gerstner Wave波，其形式如下：
y＝A*cos(k*x0-ω*t)
其中x＝(x,z)代表的是GerstnerWave计算得到的波形在XoZ平面的偏移量；x0＝(x0,z0)代表的是顶点在XoZ平面上的初始位置；k是波向量，代表的是当前计算的波在XoZ平面的运动方向，其长度为|k|＝2π/λ,λ是波长；A代表波的振幅；sin代表正弦函数；ω代表波的频率，与k存在相关性；t代表时间；y代表的是GerstnerWave计算得到的y方向偏移；cos代表余弦函数。
海洋等水体表面的波浪通常是由非常多的波形叠加而成，故而每个位置需要计算多个GerstnerWave波函数并相加，大量波的叠加才能够带来效果逼真的水体，而直接计算大量Gerstner Wave波的和会造成较大的性能开销。同时海体覆盖范围广阔，计算大范围内的每个位置的波形偏移更是开销巨大。
在分层海浪谱波形生成技术中，考虑到离相机较远的地方高频率的波浪无法看清楚，可以忽略，故而将波形数据依据离相机的远近距离进行分层。覆盖相机近距离的波形图计算全部的频率的波的结果，覆盖相机较远距离的波形图包含的波的频率逐渐减少。实际实现中，每张图覆盖的世界范围(即网格的网格边长)两倍递增，而像素数目保持不变。考虑到这样会使得每张图都需要计算大量的GerstnerWave的叠加，导致开销巨大。算法再度进行优化，将整个分层波形图计算分为两个步骤：
步骤一，对于每张波形图仅仅计算由它覆盖的世界范围内符合其顶点精度的n个频率的波，即当波频率足够低出现在其下一级中了，则自己不计算。只有最后一层波形图需要计算余下的全部频率的波，但是往往也不剩几个。
步骤二，将波形图N的中间部分的结果，叠加回波形图N-1，然后将波形图N-1中间部分的结果叠加回波形图N-2，以此不断进行下去，直到波形图1计算完成，至此整个分层波形图计算完成。
其中，波形图N表示的是N张波形图中的第N张，每张波形图应该包含其表示范围内的所有GestenerWave的结果。如表示的波共计5N个，分别标号1～5N表示，那么第1层最终应含有序号为1～5N波在x轴、y轴和z轴偏移结果。第2层含有序号为6～5N的波在x轴、y轴和z轴偏移结果。但是由于直接暴力计算开销较大，通过上述步骤二同样达到这个最终结果，通过优化可以极大减小这一过程开销。波形图N的中间部分可以理解为位于波形图N中间位置的部分；例如，波形图N的左下角的坐标为(0,0)，中心位置的坐标为(0.5,0.5)，而右上角为(1,1)。那么这里的中间部分指的是[0.25,0.75]×[0.25,0.75]这部分区域。
通过上述步骤一和步骤二的计算方式，可以将所有层的波形数据计算出来的开销降低为几乎和只计算单张含有全部频率的波形图的开销一样，且由于单张波形图尺寸很小，因而开销非常低。
通过上述波形图即可开始渲染图像，通常是在渲染采用的顶点着色器中，依据当前顶点所在世界坐标决定采样的波形图层级，然后再采样下一层级波形图，依据世界坐标计算过渡系数，再两个层级的波形之间进行插值，以保证渲染时没有表现上的跳变。同时诸如计算渲染时的法向量等时也会依据相邻层波形图进行计算。
分层海浪谱波形图生成的结果在渲染使用时，为了使渲染效果逐渐过渡通常需要采样相邻两层或更多层波形图的结果，然后通过距离计算插值系数进行插值，以避免效果上的突变，但采样多层波形图的方式带来了较高的渲染开销。
基于上述，本实施例提供一种图像渲染方法、装置和电子设备，可以应用于游戏中各类场景的图像渲染，尤其可以应用于河流、湖泊、海水等水体的渲染中。
首先，参见图1所示的一种图像渲染方法的流程图；该方法包括如下步骤：
步骤S102，获取目标水体渲染所需的多层级的初始波形图；其中，每层级的初始波形图由每层级对应的多个指定频率的波形叠加生成；
该目标水体可以是海洋、河流、湖泊等水体，不同种类的水体对应的初始波形图可以不同。在每个层级的初始波形图中，通常由多个指定频率的波形叠加生成，多个指定频率可以属于相同的波段，例如，多个指定频率均属于低频波段、均属于中频波段或均属于高频波段；以使每个层级的初始波形图具有特定的波段。在实际实现时，可以将一个大频率范围的波段按照频率的高低划分为多组，将每组频率对应的波叠加得到一个初始波形图。在上述多层级的初始波形图中，不同层级的初始波形图中包含的波的频率可以不同，也可以部分重叠。
步骤S104，根据初始波形图的位置点与初始波形图中心位置的距离，调整位置点上对应的波形的波形数据；其中，调整后的多层级的初始波形图之间，边缘位置点的波形数据的差值低于预设阈值，初始波形图包含多个位置点；
在具体实现时，由于初始波形图包括多个位置点，可以针对初始波形图中每个位置点，执行上述步骤S104，即针对每个位置点，根据该位置点与初始波形图中心位置的距离，调整位置点上对应的波形的波形数据。在目标水体的网格图中，相邻的网格可能尺度不同，因而对应的波形图的层级不同；采用不同的层级的波形图对相邻的网格进行渲染时，网格之间会存在渲染效果上的跳变；为了避免该跳变，使得相邻的网格的渲染效果过渡自然，本实施例通过上述步骤S104实现。具体而言，当每个层级的初始波形图中包含的频率不同时，不同层级的初始波形图中的波形数据也存在较大差异，基于此，需要对各个层级的初始波形图中的波形数据进行调整。
在对各个位置点上对应的波形的波形数据进行调整的过程中，需要参考位置点与初始波形图的中心位置的距离；由于渲染效果的跳变主要是发生在网格的边缘部分，因此，需要对初始波形图的边缘部分进行较大的调整。根据各个位置点与初始波形图中心位置的距离，可以确定该位置点位于初始波形图的边缘位置点的程度；该程度越高，对该位置的波形数据的调整幅度就越大。对各个位置点上对应的波形的波形数据进行调整的目标是，调整后的多层级的初始波形图之间，边缘位置点的波形数据的差值低于预设阈值；各个层级的初始波形图之间的边缘位置点的波形数据差值较小，相邻的网格采用任意两个层级的初始波形图进行渲染时，这两个层级的初始波形图的边缘位置点的波形数据都类似，使得最终的渲染效果没有明显的跳变，甚至完全相同，实现了不同网格之间渲染效果的自然过渡。
需要说明的是，对于一个网格而言，仅需要从该网格对应的一个层级的波形图中采样波形数据即可实现渲染，且即使相邻网格对应的波形图的层级不同，渲染效果也不会出现跳变，实现了不同网格之间渲染效果的自然过渡，同时相对于多层级波形图采样的方式，降低了渲染开销。
步骤S106，基于预设的叠加规则，将调整后的多层级的初始波形图进行叠加处理，得到多层级的叠加波形图；
步骤S108，基于多层级的叠加波形图对目标水体进行渲染。
上述叠加规则具体可以根据实际渲染需求设置，其中一个具体的叠加规则为，每个层级的叠加波形图由该层级的初始波形图和该层级以上的全部的初始波形图叠加而成。基于此，层级越低，叠加波形图中包含的波形的频率种类越多，基于低层级的叠加波形图渲染出的波形具有更多的细节表现。在渲染过程时，需要对目标水体进行网格划分，通常距离虚拟相机越近的地方，网格密度越高，所对应的叠加波形图的层级越低；距离虚拟相机越远的地方，网格密度越低，所对应的叠加波形图的层级越高，从而实现节约渲染开销的目的。
上述图像渲染方法，目标水体渲染所需的多层级的初始波形图中，每层级的初始波形图由每层级对应的多个指定频率的波形叠加生成；根据初始波形图的位置点与初始波形图中心位置的距离，调整位置点上对应的波形的波形数据，使得调整后的多层级的初始波形图之间，边缘位置点的波形数据的差值低于预设阈值；然后再基于预设的叠加规则，将调整后的多层级的初始波形图进行叠加处理，得到多层级的叠加波形图，基于多层级的叠加波形图对目标水体进行渲染。该方式中，根据位置点与初始模型图中心位置的距离，调整各个位置点上的波形数据，使得各个层级的初始波形图的边缘位置点的波形数据相互接近，当相邻的网格基于不同层级的波形图进行渲染时，网格的边缘的渲染效果能够平滑自然过渡，每个网格仅需采样一个层级的波形图，无需对多层波形图进行采样也能避免网格间使用不同层级的波形图进行渲染时发生效果跳变的问题，在保证目标水体的渲染效果过渡自然的同时，降低了渲染开销。
下面具体说明多层级的初始波形图的获取方式。具体地，获取目标水体渲染所需的波形的频率范围，将频率范围划分为多个频率组；其中，每个频率组包括多个波形频率；将频率组中的多个波形频率对应的波形进行叠加处理，得到频率组对应的初始波形图。
由于频率组包括多个，可以针对每个频率组，将该频率组中的多个波形频率对应的波形进行叠加处理，得到该频率组对应的初始波形图。其中，渲染目标水体所需的波形的频率范围可能受多种因素的影响，例如目标水体的水体种类、虚拟相机的位置、目标水体对应的网格图中的最高网格密度等因素。因而可以根据虚拟相机的位置，以及目标水体对应的网格图中的最高网格密度，确定目标水体渲染所需的波形的频率范围。该波形具体可以为GerstnerWave波，在确定了波形的频率范围后，还需要设置每个波的振幅、相位等参数。
例如，通常网格密度越高，渲染的细节表现越多，所需要的波形的频率范围越大；如果虚拟相机的位置距离目标水体较远，则目标水体对应的网格图中的最高网格密度较低，此时所述的波形的频率范围较小，且该频率范围中通常包括较多的低频率波形，以渲染远处的波形效果。如果虚拟相机的位置距离目标水体较近，则目标水体对应的网格图中的最高网格密度较高，此时所述的波形的频率范围较大，且该频率范围中通常包括较多的高频率波形和低频率波形，以对近处的目标水体进行丰富的细节渲染。
渲染目标水体所需的波形的频率范围确定后，该频率范围中通常包括多种频率，将这多种频率划分为多个频率组。一种具体的实现方式中，可以将频率范围中的多种频率按照频率由低到高或由高到低的顺序排列；预先设置频率组的数量或每组包括的频率种类，再将多种频率划分为多个频率组。例如，频率范围中包括M个频率，从第1个频率开始，至第M个频率，其频率依次升高，预设每个频率组包括5个频率，且M为5的倍数，此时，可以将第1个至第5个频率划分为第一个频率组，将第6个至第10个划分为第二个频率组，将第M-4至M个频率划分为第M/5个频率组。频率组的数量通常与初始波形图的层级数相同，每个频率组生成一个层级的初始波形图，具体的，可以基于波形的振幅、相位等参数，将频率组中包括的多个波形频率的波进行叠加处理，得到该频率组对应的初始波形图。
下面继续说明根据位置点与初始波形图中心位置的距离，调整位置点上对应的波形的波形数据的具体实现方式。为了便于理解，首先描述相关技术中，通过采样两个层级的波形图对水体进行渲染的方式。
假设每个层级的初始波形图中包含5个频率的波形，共N个层级，对初始波形图进行叠加后，得到N个层级的叠加波形图；其中，第一层级的叠加波形图中包括5N个频率的波形，第二层级的叠加波形图包括5(N-1)个频率的波形，如果通过这两个层级的叠加波形图渲染两个相邻的网格，则会在两个网格的交界处出现渲染效果的跳变，基于此，相关技术中会同时采样两个层级的叠加波形图，并通过插值系数进行插值过渡。算式如下：wave_result＝Wave(5N)*factor+Wave(5N-5)*(1-factor)；其中，wave_result为最终插值结果；Wave(5N)为第一层级的叠加波形图中的波形数据，factor为插值系数，Wave(5N-5)为第二层级的叠加波形图中的波形数据；factor的取值范围为0至1，越靠近网格的边缘，factor的取值越大。
基于相关技术中的上述问题，本实施例中，在生成叠加波形图之前，对初始波形图中的波形数据进行调整。一种具体的实现方式中，针对每个初始波形图，根据位置点与初始波形图中心位置的距离，确定位置点对应的调整系数；其中，距离越大，调整系数越小；将位置点上对应的波形的波形数据与位置点对应的调整系数相乘，得到位置点上的调整后的波形数据。该调整系数可以预先设置一个范围，如0至1；如果位置点位于初始波形图中心位置，或者中心位置附近的中心区域，则该调整系数较大，该位置点的波形数据的调整幅度较小；而如果位置点远离初始波形图中心位置，例如位置点位于初始波形图的边缘位置，则该调整系数较小，该位置点的波形数据的调整幅度较大。例如，当位置点为初始波形图的边缘位置时，该位置点与初始波形图中心位置的距离最大，此时可以设置调整系数为0，该位置点的波形数据乘以该调整系数后，波形数据也变为0。
由上述可知，调整系数与距离(即位置点与初始波形图中心位置的距离)呈线性负相关的关系，下述算式是一种具体的调整系数与距离的关系，通过下述算式，可以计算位置点对应的调整系数：
其中，factor为调整系数，x为位置点的指定维度上的坐标值；Distance代表求距离；0.5为初始波形图中心位置的指定维度上的坐标值。该指定维度可以为水平方向(即U维度)或垂直方向(即V维度)。对于初始波形图而言，左下角的UV坐标值为(0，0)，中心位置的UV坐标值为(0.5，0.5)，右上角的UV坐标值为(1，1)。
基于上述调整方式得到的初始波形图，可通过下述方式叠加得到多层级的叠加波形图。如图2所示，包括下述步骤：
步骤S202，将最高层级的初始波形图作为最高层级的叠加波形图；
考虑到距离虚拟相机较远的网格，仅需要频率较低的波形进行渲染，因而用于渲染远处网格的最高层级的叠加波形图，仅需包含低频率的波形即可。基于此，在进行叠加处理之前，将多层级的初始波形图中，按照层级由高到低的顺序，初始波形图中包含的波形的频率依次升高；对于最高层级的初始波形图中，包含多个频率较低的波形；上述步骤中，最高层级的初始波形图直接作为最高层级的叠加波形图，因而该最高层级的叠加波形图也仅包含多个频率较低的波形。
步骤S204，将最高层级的初始波形图作为当前波形图，将当前波形图中指定位置区域内的波形数据叠加至当前波形图的下一层级的初始波形图中，得到下一层级的叠加波形图；
一个具体的示例中，指定位置区域可以为当前波形图的中间区域；假设当前波形图的左下角坐标值为(0，0)，右上角的坐标值为(1，1)，该当前波形图的中间区域的左下角坐标值为(0.25，0.25)，右上角坐标值为(0.75，0.75)。当然该中间区域还可以更大或更小。将当前波形图中指定位置区域内的波形数据叠加至当前波形图的下一层级的初始波形图中，此时，得到的下一层级的叠加波形图中除了包含下一层级的初始波形图中的频率的波形，还包括当前波形图中的频率的波形，因而，相较于当前波形图，下一层级的叠加波形图包含更加丰富的频率波形。
具体实现时，当前波形图中指定位置区域内的波形数据，具体可以叠加至当前波形图的下一层级的初始波形图的指定位置区域内的波形数据，可以将相同位置点的波形数据进行叠加，得到该位置点的叠加后的波形数据。本实施例中的波形数据具体可以为三通道的数据，分别存储了x轴、y轴和z轴三个方向的偏移值。
步骤S206，将下一层级的叠加波形图作为更新的当前波形图，继续执行将当前波形图中指定位置区域内的波形数据叠加至当前波形图的下一层级的初始波形图中的步骤，直至得到最低层级的叠加波形图。
通过上述步骤的不断循环，最低层级的叠加波形图中，包含了所有层级的初始波形图中的频率的波形，因而最低层级的叠加波形图中包含最为丰富的频率波形，可以用于渲染距离虚拟相机最近的网格中的目标水体。
另外，相关技术中，在计算每层波形图最边缘处的位置点的水体法线时，会利用到边缘以外的顶点的偏移，由于当前层级的波形图不含有这些点的偏移，也需要在其他层级的波形图中进行采样。
为了避免上述问题，得到多层级的叠加波形图之后，可以对于除最高层级以外的每层级的叠加波形图，在当前层级的叠加波形图的边缘增加预设数量的位置点；获取当前层级的下一层级的叠加波形图中，边缘位置点上的波形数据；将获取到的波形数据存储至当前层级的叠加波形图中增加的位置点中。另外，在实际实现时，最高层级的叠加波形图也可以在边缘增加预设数量的位置点，这些增加的位置点可以不存储波形数据，或者可以存储其他数据。
例如，可以将当前层级的叠加波形图每个边外扩两个位置点，假如当前层级的叠加波形图的尺度为128*128，每个边外扩两个位置点后，叠加波形图的尺度变为132*132，相当于在叠加波形图的边缘处，增加了两圈边缘位置点。增加的位置点用于存储当前层级的下一层级的叠加波形图中，边缘位置点上的波形数据，这里的边缘位置点可以为当前层级的下一层级的叠加波形图中最外侧的一圈或多圈位置点，具体可以基于采样需求或增加的位置点数量确定。
将当前层级的下一层级的叠加波形图中，边缘位置点上的波形数据存储到当前层级的叠加波形图后，在计算每层波形图最边缘处的位置点的水体法线时，则无需从其他层级的叠加波形图中获取相关数据，节约了渲染开销。
基于多层级的叠加波形图对目标水体进行渲染的步骤描述如下：
步骤1，获取目标水体的网格图；其中，该网格图中包括多个网格，距离虚拟相机越远的网格的尺度越小；例如，可以预先设置多层级的网格图，每个层级的网格图中的网格的尺度不同，根据目标水体各个区域与虚拟相机的距离，从相应层级的网格图中获取该区域的网格，然后将各个层级的网格图中获取的网格组成目标水体的网格图。
步骤2，从多层级的叠加波形图中确定与网格的尺度相匹配的目标层级的叠加波形图；由于网格图中包括多个网格，具体可以针对每个网格执行步骤2；在确定叠加波形图时，预先设置网格的尺度与叠加波形图的层级的对应关系，根据网格的尺度可以直接确定该网格相匹配的叠加波形图。
步骤3，基于目标层级的叠加波形图，对网格进行渲染，得到渲染结果；基于每个网格的渲染结果，得到目标水体的渲染结果。在具体实现时，可以从目标层级的叠加波形图中确定网格的网格顶点位置上的目标波形数据；将目标波形数据叠加至网格顶点位置上的初始位置数据上，得到网格顶点的最终位置数据。在初始状态下，网格顶点具有初始位置，基于该初始位置调整网格顶点的位置，从而在水体表现形成波浪效果。
通过上述方式，使得在渲染时不需要采样相邻两层级的波形图(也称为贴图)，极大减少了波形图的采样次数，优化了渲染性能。
对应于上述方法实施例，参见图3所示的一种图像渲染装置的结构示意图，该装置包括：
波形图获取模块30，用于获取目标水体渲染所需的多层级的初始波形图；其中，每层级的初始波形图由每层级对应的多个指定频率的波形叠加生成；
数据调整模块32，用于根据初始波形图的位置点与初始波形图中心位置的距离，调整位置点上对应的波形的波形数据；其中，调整后的多层级的初始波形图之间，边缘位置点的波形数据的差值低于预设阈值，初始波形图包含多个位置点；
叠加处理模块34，用于基于预设的叠加规则，将调整后的多层级的初始波形图进行叠加处理，得到多层级的叠加波形图；
渲染模块36，用于基于多层级的叠加波形图对目标水体进行渲染。
上述图像渲染装置，目标水体渲染所需的多层级的初始波形图中，每层级的初始波形图由每层级对应的多个指定频率的波形叠加生成；根据初始波形图的位置点与初始波形图中心位置的距离，调整位置点上对应的波形的波形数据，使得调整后的多层级的初始波形图之间，边缘位置点的波形数据的差值低于预设阈值；然后再基于预设的叠加规则，将调整后的多层级的初始波形图进行叠加处理，得到多层级的叠加波形图，基于多层级的叠加波形图对目标水体进行渲染。该方式中，根据位置点与初始模型图中心位置的距离，调整各个位置点上的波形数据，使得各个层级的初始波形图的边缘位置点的波形数据相互接近，当相邻的网格基于不同层级的波形图进行渲染时，网格的边缘的渲染效果能够平滑自然过渡，无需对多层波形图进行采样也能避免网格间使用不同层级的波形图进行渲染时发生效果跳变的问题，在保证目标水体的渲染效果过渡自然的同时，降低了渲染开销。
上述波形图获取模块，还用于：获取目标水体渲染所需的波形的频率范围，将频率范围划分为多个频率组；其中，每个频率组包括多个波形频率；将频率组中的多个波形频率对应的波形进行叠加处理，得到频率组对应的初始波形图。
上述波形图获取模块，还用于：根据虚拟相机的位置，以及目标水体对应的网格图中的最高网格密度，确定目标水体渲染所需的波形的频率范围。
上述数据调整模块，还用于：根据位置点与初始波形图中心位置的距离，确定位置点对应的调整系数；其中，距离越大，调整系数越小；将位置点上的波形数据与位置点对应的调整系数相乘，得到位置点上的调整后的波形数据。
上述数据调整模块，还用于：通过下述算式，计算位置点对应的调整系数：
其中，factor为调整系数，x为位置点的指定维度上的坐标值；Distance代表求距离；0.5为初始波形图中心位置的指定维度上的坐标值。
上述多层级的初始波形图中，按照层级由高到低的顺序，初始波形图中包含的波形的频率依次升高；上述渲染模块，还用于：将最高层级的初始波形图作为最高层级的叠加波形图；将最高层级的初始波形图作为当前波形图，将当前波形图中指定位置区域内的波形数据叠加至当前波形图的下一层级的初始波形图中，得到下一层级的叠加波形图；将下一层级的叠加波形图作为更新的当前波形图，继续执行将当前波形图中指定位置区域内的波形数据叠加至当前波形图的下一层级的初始波形图中的步骤，直至得到最低层级的叠加波形图。
上述装置还包括：数据存储模块，用于：对于除最高层级以外的每层级的叠加波形图，在当前层级的叠加波形图的边缘增加预设数量的位置点；获取当前层级的下一层级的叠加波形图中，边缘位置点上的波形数据；将获取到的波形数据存储至当前层级的叠加波形图中增加的位置点中。
上述渲染模块，还用于：获取目标水体的网格图；其中，网格图中包括多个网格，距离虚拟相机越远的网格的尺度越小；从多层级的叠加波形图中确定与网格的尺度相匹配的目标层级的叠加波形图；基于目标层级的叠加波形图，对网格进行渲染，得到渲染结果；基于网格的渲染结果，得到目标水体的渲染结果。
上述渲染模块，还用于：从目标层级的叠加波形图中确定网格的网格顶点位置上的目标波形数据；将目标波形数据叠加至网格顶点位置上的初始位置数据上，得到网格顶点的最终位置数据。
本实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的机器可执行指令，处理器执行机器可执行指令以实现上述图像渲染方法。
参见图4所示，该电子设备包括处理器100和存储器101，该存储器101存储有能够被处理器100执行的机器可执行指令，该处理器100执行机器可执行指令以实现上述图像渲染方法。
进一步地，图4所示的电子设备还包括总线102和通信接口103，处理器100、通信接口103和存储器101通过总线102连接。
其中，存储器101可能包含高速随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatilememory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口103(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。总线102可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述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4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
处理器100可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器100中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器100可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessingUnit，简称CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital SignalProcessor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称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。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器101，处理器100读取存储器101中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。
本实施例还提供一种机器可读存储介质，机器可读存储介质存储有机器可执行指令，机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现上述图像渲染方法。
本发明实施例所提供的图像渲染方法、装置和电子设备的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明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-Only Memory)、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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (12)
1.一种图像渲染方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标水体渲染所需的多层级的初始波形图；其中，每层级的初始波形图由每层级对应的多个指定频率的波形叠加生成；
根据所述初始波形图的位置点与所述初始波形图中心位置的距离，调整所述位置点上对应的波形的波形数据；其中，调整后的所述多层级的初始波形图之间，边缘位置点的波形数据的差值低于预设阈值，所述初始波形图包含多个位置点；
基于预设的叠加规则，将调整后的所述多层级的初始波形图进行叠加处理，得到多层级的叠加波形图；
基于所述多层级的叠加波形图对所述目标水体进行渲染。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取目标水体渲染所需的多层级的初始波形图的步骤，包括：
获取所述目标水体渲染所需的波形的频率范围，将所述频率范围划分为多个频率组；其中，每个所述频率组包括多个波形频率；
将所述频率组中的多个波形频率对应的波形进行叠加处理，得到所述频率组对应的初始波形图。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，获取所述目标水体渲染所需的波形的频率范围的步骤，包括：
根据虚拟相机的位置，以及所述目标水体对应的网格图中的最高网格密度，确定所述目标水体渲染所需的波形的频率范围。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述初始波形图的位置点与所述初始波形图中心位置的距离，调整所述位置点上对应的波形的波形数据的步骤，包括：
根据所述位置点与所述初始波形图中心位置的距离，确定所述位置点对应的调整系数；其中，所述距离越大，所述调整系数越小；
将所述位置点上对应的波形的波形数据与所述位置点对应的调整系数相乘，得到所述位置点上的调整后的波形数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述位置点与所述初始波形图中心位置的距离，确定所述位置点对应的调整系数的步骤，包括：
通过下述算式，计算所述位置点对应的调整系数：
其中，factor为所述调整系数，x为所述位置点的指定维度上的坐标值；Distance代表求距离；0.5为所述初始波形图中心位置的指定维度上的坐标值。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多层级的初始波形图中，按照层级由高到低的顺序，初始波形图中包含的波形的频率依次升高；
所述基于预设的叠加规则，将调整后的所述多层级的初始波形图进行叠加处理，得到多层级的叠加波形图的步骤，包括：
将最高层级的初始波形图作为最高层级的叠加波形图；
将最高层级的初始波形图作为当前波形图，将所述当前波形图中指定位置区域内的波形数据叠加至所述当前波形图的下一层级的初始波形图中，得到所述下一层级的叠加波形图；
将所述下一层级的叠加波形图作为更新的当前波形图，继续执行将所述当前波形图中指定位置区域内的波形数据叠加至所述当前波形图的下一层级的初始波形图中的步骤，直至得到最低层级的叠加波形图。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设的叠加规则，将调整后的所述多层级的初始波形图进行叠加处理，得到多层级的叠加波形图的步骤之后，所述方法还包括：
对于除最高层级以外的每层级的叠加波形图，在当前层级的叠加波形图的边缘增加预设数量的位置点；
获取所述当前层级的下一层级的叠加波形图中，边缘位置点上的波形数据；将获取到的所述波形数据存储至所述当前层级的叠加波形图中增加的位置点中。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述多层级的叠加波形图对所述目标水体进行渲染的步骤，包括：
获取所述目标水体的网格图；其中，所述网格图中包括多个网格，距离虚拟相机越远的网格的尺度越小；
从所述多层级的叠加波形图中确定与所述网格的尺度相匹配的目标层级的叠加波形图；基于所述目标层级的叠加波形图，对所述网格进行渲染，得到渲染结果；
基于所述网格的渲染结果，得到所述目标水体的渲染结果。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，基于所述目标层级的叠加波形图，对所述网格进行渲染，得到渲染结果的步骤，包括：
从所述目标层级的叠加波形图中确定所述网格的网格顶点位置上的目标波形数据；
将所述目标波形数据叠加至所述网格顶点位置上的初始位置数据上，得到所述网格顶点的最终位置数据。
10.一种图像渲染装置，其特征在于，所述装置包括：
波形图获取模块，用于获取目标水体渲染所需的多层级的初始波形图；其中，每层级的初始波形图由每层级对应的多个指定频率的波形叠加生成；
数据调整模块，用于根据所述初始波形图的位置点与所述初始波形图中心位置的距离，调整所述位置点上对应的波形的波形数据；其中，调整后的所述多层级的初始波形图之间，边缘位置点的波形数据的差值低于预设阈值，所述初始波形图包含多个位置点；
叠加处理模块，用于基于预设的叠加规则，将调整后的所述多层级的初始波形图进行叠加处理，得到多层级的叠加波形图；
渲染模块，用于基于所述多层级的叠加波形图对所述目标水体进行渲染。
11.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的机器可执行指令，所述处理器执行所述机器可执行指令以实现权利要求1-9任一项所述的图像渲染方法。
12.一种机器可读存储介质，其特征在于，所述机器可读存储介质存储有机器可执行指令，所述机器可执行指令在被处理器调用和执行时，所述机器可执行指令促使所述处理器实现权利要求1-9任一项所述的图像渲染方法。
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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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