CN113570697A - 基于模型预烘焙的阴影渲染方法、装置及可读存储介质 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于模型预烘焙的阴影渲染方法、装置及可读存储介质，预烘焙出静态场景物体的光照纹理，并保存到物体材质中的贴图通道内；为场景预设阴影过渡区域距离R及阴影显示距离D；当画面中的点与相机距离大于D时，其阴影显示强度为烘焙阴影强度；当画面中的点与相机距离小于X时，其阴影显示强度为实时阴影强度，其中X=D‑R；当画面中点与相机距离处于X至D之间时，随着距离变大，其阴影显示强度自实时阴影强度逐渐变化至烘焙阴影强度。本发明，在较近的位置实时渲染获取阴影，以提高画面效果；在较远的位置，通过预烘焙来进行渲染，以此减少画面阴影渲染的计算量。在阴影过渡区域将这两种阴影方案进行融合过渡处理，避免了画面的突变。
Description
技术领域
本发明涉及图像处理技术领域，特别是涉及基于模型预烘焙的阴影渲染方法、装置及可读存储介质。
背景技术
在游戏画面或VR画面中，画面中的相机在不停的运动，图像中的各个物体需要进行阴影渲染，以达到逼真的效果。
现有的阴影渲染包括两种方法：第一种通过实时渲染，随着画面的运动不停的计算阴影的渲染，此种方式画面成像效果较好，实时3D允许观看者查看似乎在实时移动的3D图像或场景（例如在视频游戏中）并与之交互。但是由于此种方式渲染频率较高，计算量较大，硬件对于的要求较高，容易对游戏客户端或VR主机造成较大的负担。
第二种方法为预烘焙来实现画面渲染，预烘焙是3D物体属性上（环境光遮蔽、法线、顶点颜色、方向、曲率、位置等）把多种组合的特性（包括材质、纹理和照明）进行烘焙为单个纹理，然后又可以使用对象的UV坐标将图像纹理重新映射到模型对象。通过烘焙，将复杂的CPU计算运算负担转交给GPU的轻量图形运算，不仅优化了性能，还提升了效果质量。预烘焙具有以下优点：烘焙环境光遮蔽或者程序纹理，作为纹理编辑的基础，使纹理绘制更加容易；创建光照贴图以提供全局照明或加快应用中的渲染速度，提升性能加快游戏中的渲染速度。然而预烘焙的缺点也十分明显：必须将模型对象拆分UV；如果烘焙了阴影，则光线和物体将无法相对移动纹理贴图（例如4096x4096）将会占用大量内存，并且与渲染解决方案一样慢；必须花费时间进行解包，烘焙和保存文件并将纹理应用于通道；折射、高反射烘焙会出现错误。因此如何在游戏中兼顾画面及计算效率，是目前亟待解决的一个问题。
发明内容
基于此，有必要针对以上的问题，提供一种基于模型预烘焙的阴影渲染方法、装置及可读存储介质。
一方面本发明提出一种基于模型预烘焙的阴影渲染方法，包括步骤：
S10：预烘焙出静态场景物体的光照纹理，并保存到物体材质中的贴图通道内；
S20：为场景预设阴影过渡区域距离R及阴影显示距离D；
S30：当画面中的点与相机距离大于D时，其阴影显示强度为烘焙阴影强度；当画面中的点与相机距离小于X时，其阴影显示强度为实时阴影强度，其中X=D-R；当画面中点与相机距离处于X至D之间时，随着距离变大，其阴影显示强度自实时阴影强度逐渐变化至烘焙阴影强度。
进一步地，步骤S30：画面中的点P的阴影显示强度F通过公式：计算获得，其中，B为烘焙阴影强度，S为实时阴影强度，α随点P与相机距离增大而减小，且
。
进一步地，
；其中，O为相机点，
为O点与P点之间的距离。
进一步地，
；其中，
的方向为相机的朝向。
进一步地，步骤S10中，所述光照纹理通过软件Unity自动生成。
进一步地，阴影过渡区域距离R及阴影显示距离D由预先输入或深度学习算法自动生成。
进一步地，所述实时阴影渲染为30次/秒；步骤S10通过预先离线进行。
另一方面，本发明还提出一种基于模型预烘焙的阴影渲染装置，包括：
预烘焙模块：预烘焙出静态场景物体的光照纹理，并保存到物体材质中的贴图通道内；
预设模块：为场景预设阴影过渡区域距离R及阴影显示距离D；
阴影渲染模块：当画面中的点与相机距离大于D时，其阴影显示强度为烘焙阴影强度；当画面中的点与相机距离小于X时，其阴影显示强度为实时阴影强度，其中X=D-R；当画面中点与相机距离处于X至D之间时，随着距离变大，其阴影显示强度自实时阴影强度逐渐变化至烘焙阴影强度。
再一方面，本发明还提出一种基于模型预烘焙的阴影渲染装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的基于模型预烘焙的阴影渲染方法的步骤。
又一方面，本发明提出了一种基于模型预烘焙的阴影渲染的可读存储介质，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如上所述的基于模型预烘焙的阴影渲染方法的步骤。
本发明中，在距离相机较近的位置实时渲染获取阴影，以提高互动、画面效果；在距离相机较远的位置，通过预烘焙来进行渲染，以此减少画面阴影渲染的计算量。在预烘焙及实时渲染的距离之间，随着距离变大，其阴影显示强度自实时阴影强度逐渐变化至烘焙阴影强度，在阴影过渡区域将这两种阴影方案进行融合过渡处理，避免了画面的突变，提升了整体画面品质。
附图说明
图1为本发明的基于模型预烘焙的阴影渲染方法的步骤流程示意图。
图2为本发明的基于模型预烘焙的阴影渲染方法的各个距离示意图。
图3为本发明的基于模型预烘焙的阴影渲染方法的OP矢量图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做清楚、完整的描述。显然，以下描述的具体细节只是本发明的一部分实施例，本发明还能够以很多不同于在此描述的其他实施例来实现。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下，所获得的所有其他实施例，均属于本发明的保护范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
在一实施例中，请参阅图1及图2所示，一方面本发明提出一种基于模型预烘焙的阴影渲染方法，包括步骤：
S10：预烘焙出静态场景物体的光照纹理，并保存到物体材质中的贴图通道内；
S20：为场景预设阴影过渡区域距离R及阴影显示距离D；
S30：当画面中的点与相机距离大于D时，其阴影显示强度为烘焙阴影强度；当画面中的点与相机距离小于X时，其阴影显示强度为实时阴影强度，其中X=D-R；当画面中点与相机距离处于X至D之间时，随着距离变大，其阴影显示强度自实时阴影强度逐渐变化至烘焙阴影强度。
本发明中，在距离相机较近的位置实时渲染获取阴影，以提高互动、画面效果；在距离相机较远的位置，通过预烘焙来进行渲染，以此减少画面阴影渲染的计算量。在预烘焙及实时渲染的距离之间，随着距离变大，其阴影显示强度自实时阴影强度逐渐变化至烘焙阴影强度，在阴影过渡区域将这两种阴影方案进行融合过渡处理，避免了画面的突变，提升了整体画面品质。
在本实施例基础上，进一步地，步骤S30：画面中的点P的阴影显示强度F通过公式：计算获得，其中，B为烘焙阴影强度，S为实时阴影强度，α随点P与相机距离增大而减小，且
。
参照图3所示，进一步地，
；其中，O为相机点，
为O点与P点之间的距离。进一步地，
；其中，
的方向为相机的朝向。
可以理解的是，融合因子α也可以通过其他方式变化，其只要是可以满足画面由实时渲染逐步渐变至预烘焙渲染即可，其方式不以本实施例中描述为限制。
进一步地，步骤S10中，光照纹理通过软件Unity自动生成。其中，Unity 是实时3D互动内容创作和运营平台。包括游戏开发、美术、建筑、汽车设计、影视在内的所有创作者，借助Unity将创意变成现实。Unity平台提供一整套完善的软件解决方案，可用于创作、运营和变现任何实时互动的2D和3D内容，支持平台包括手机、平板电脑、PC、游戏主机、增强现实和虚拟现实设备。
进一步地，阴影过渡区域距离R及阴影显示距离D由预先输入或深度学习算法自动生成。本实施例中，通过美工调试获取最优的阴影过渡区域距离R及阴影显示距离D即可，当然，其获取形式不以本实施例中描述为限制。
进一步地，实时阴影渲染为30次/秒；步骤S10通过预先离线进行。此处的渲染频率与游戏的刷新频率相同。当然，画面的阴影渲染频次可为根据不同游戏的刷新频率替换为其他，其不以本实施例中描述为限制。
另一方面，本发明还提出一种基于模型预烘焙的阴影渲染装置，包括：
预烘焙模块：预烘焙出静态场景物体的光照纹理，并保存到物体材质中的贴图通道内；
预设模块：为场景预设阴影过渡区域距离R及阴影显示距离D；
阴影渲染模块：当画面中的点与相机距离大于D时，其阴影显示强度为烘焙阴影强度；当画面中的点与相机距离小于X时，其阴影显示强度为实时阴影强度，其中X=D-R；当画面中点与相机距离处于X至D之间时，随着距离变大，其阴影显示强度自实时阴影强度逐渐变化至烘焙阴影强度。
再一方面，本发明还提出一种基于模型预烘焙的阴影渲染装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行程序时实现如上的基于模型预烘焙的阴影渲染方法的步骤。
又一方面，本发明提出了一种基于模型预烘焙的阴影渲染的可读存储介质，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如上的基于模型预烘焙的阴影渲染方法的步骤。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
本发明技术方案，由于透视投影时对于远处物体的显示精度是没有近处物体高的，阴影效果也是如此，基本上看不清远处的阴影细节。基于这种观察，可以将远处的静态物体使用较低精度的预烘焙阴影，而近处使用实时阴影，在中间的区域将阴影进行融合过渡处理，避免了画面的阴影效果突变，提升画面品质。本技术方案中的阴影渲染方式，可以使用在游戏画面中，也可以使用在VR画面渲染中，即保障了图像的质量，使得观看者可以查看似乎在实时移动的3D图像或场景，又使得画面渲染的计算量不会过大。
以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、替换及改进，这些都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明专利的保护范围应以权利要求为准。
Claims (10)
1.一种基于模型预烘焙的阴影渲染方法，其特征在于，包括步骤：
S10：预烘焙出静态场景物体的光照纹理，并保存到物体材质中的贴图通道内；
S20：为场景预设阴影过渡区域距离R及阴影显示距离D；
S30：当画面中的点与相机距离大于D时，其阴影显示强度为烘焙阴影强度；当画面中的点与相机距离小于X时，其阴影显示强度为实时阴影强度，其中X=D-R；当画面中点与相机距离处于X至D之间时，随着距离变大，其阴影显示强度自实时阴影强度逐渐变化至烘焙阴影强度。
2.根据权利要求1所述的基于模型预烘焙的阴影渲染方法，其特征在于，步骤S30：画面
中的点P的阴影显示强度F通过公式：计算获得，其中，B为烘焙阴影强度，S为实时阴影强度，
α随点P与相机距离增大而减小，且
。
3.根据权利要求2所述的基于模型预烘焙的阴影渲染方法，其特征在于，
；其中，O为相机点，
为O点与P点之间的距离。
4.根据权利要求3所述的基于模型预烘焙的阴影渲染方法，其特征在于，
；其中，
的方向为相机的朝向。
5.根据权利要求1所述的基于模型预烘焙的阴影渲染方法，其特征在于，步骤S10中，所述光照纹理通过软件Unity自动生成。
6.根据权利要求1所述的基于模型预烘焙的阴影渲染方法，其特征在于，阴影过渡区域距离R及阴影显示距离D由预先输入或深度学习算法自动生成。
7.根据权利要求1所述的基于模型预烘焙的阴影渲染方法，其特征在于，所述实时阴影渲染为30次/秒；步骤S10通过预先离线进行。
8.一种基于模型预烘焙的阴影渲染装置，其特征在于，包括：
预烘焙模块：预烘焙出静态场景物体的光照纹理，并保存到物体材质中的贴图通道内；
预设模块：为场景预设阴影过渡区域距离R及阴影显示距离D；
阴影渲染模块：当画面中的点与相机距离大于D时，其阴影显示强度为烘焙阴影强度；当画面中的点与相机距离小于X时，其阴影显示强度为实时阴影强度，其中X=D-R；当画面中点与相机距离处于X至D之间时，随着距离变大，其阴影显示强度自实时阴影强度逐渐变化至烘焙阴影强度。
9.一种基于模型预烘焙的阴影渲染装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行所述程序时实现权利要求1至7中任意一项所述的基于模型预烘焙的阴影渲染方法的步骤。
10.一种基于模型预烘焙的阴影渲染的可读存储介质，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至7中任意一项所述的基于模型预烘焙的阴影渲染方法的步骤。
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