CN113808271A

CN113808271A - 三维模型的渲染方法、装置、电子设备及存储介质

Info

Publication number: CN113808271A
Application number: CN202010554223.8A
Authority: CN
Inventors: 夏环俊
Original assignee: Guangdong Bozhilin Robot Co Ltd
Current assignee: Guangdong Bozhilin Robot Co Ltd
Priority date: 2020-06-17
Filing date: 2020-06-17
Publication date: 2021-12-17

Abstract

本申请公开了一种三维模型的渲染方法、装置、电子设备及存储介质，其中，方法包括：检测相机和三维模型的法线方向之间的当前夹角；在当前夹角满足渲染角度时，对三维模型的顶点索引进行顺序翻转，基于CPU计算得到新的顶点索引；按照新的顶点索引进行反向渲染，以在基于顶点索引得到三维模型的正向面片的同时，得到三维模型的反向面片。由此，解决了相关技术中在实现双向显示面片时，出现模型体积增大，或者GPU能耗较大的问题。

Description

三维模型的渲染方法、装置、电子设备及存储介质

技术领域

本申请涉及模型处理技术领域，特别涉及一种三维模型的渲染方法、装置、电子设备及存储介质。

背景技术

如图1所示，在三维引擎中，任意一个三维模型都可以由多个三角面组成，相机1在三角面法线的正方向那面可以看到面片，而相机2由于在面片的背面(法线反方向)，则无法看到面片。

相关技术中，一般通过下述两种方式解决却只能从一个方向看到面片的问题：

(1)将三维模型制作成双面的模型；

(2)在GPU(Graphics Processing Unit，图形处理器)渲染时，先渲染正方向那面，然后再渲染一次反方向那面。

然而，通过将三维模型制作成双面的模型将会导致模型的体积大大增加，而且GPU计算量增加一倍；先渲染正方向一面，再渲染反方向的一面，容易造成系统内存不足，渲染指令翻倍，有待改进。

申请内容

本申请提供一种三维模型的渲染方法、装置、电子设备及存储介质，以解决相关技术中在实现双向显示面片时，出现模型体积增大，或者GPU能耗较大的问题。

本申请第一方面实施例提供一种三维模型的渲染方法，包括以下步骤：

检测相机和三维模型的法线方向之间的当前夹角；

在所述当前夹角满足渲染角度时，对所述三维模型的顶点索引进行顺序翻转，基于CPU计算得到新的顶点索引；

以及按照所述新的顶点索引进行反向渲染，以在基于所述顶点索引得到所述三维模型的正向面片的同时，得到所述三维模型的反向面片。

可选地，在本申请的一个实施例中，在基于CPU计算得到所述新的顶点索引之前，还包括：

获取当前物体的物体属性；

根据所述物体属性计算多个方向的索引数组。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述对所述三维模型的顶点索引进行顺序翻转，基于CPU计算得到新的顶点索引，包括：

确定所述三维模型的多个初始区域，得到三维模型的模型中心；

将所述三维模型的模型中心和所述当前相机的相机中心进行连线，并按照预设方向构建模型坐标系；

通过所述模型坐标系建立多个最终区域，并从所述索引数组中获取每个最终区域对应的数字索引。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述通过所述模型坐标系建立多个最终区域，包括：

根据所述相机中心和所述模型中心间的的连线分别和所述模型坐标系中横坐标和纵坐标的夹角判定所述多个最终区域。

可选地，在本申请的一个实施例中，在得到所述三维模型的反向面片之后，还包括：

检测展示的三维模型的三角面是否存在反向；

如果存在反向，则根据预设的方向增加策略增加索引数组。

本申请第二方面实施例提供一种三维模型的渲染装置，包括：

检测模块，用于检测相机和三维模型的法线方向之间的当前夹角；

计算模块，用于在所述当前夹角满足渲染角度时，对所述三维模型的顶点索引进行顺序翻转，基于CPU计算得到新的顶点索引；以及

渲染模块，用于按照所述新的顶点索引进行反向渲染，以在基于所述顶点索引得到所述三维模型的正向面片的同时，得到所述三维模型的反向面片。

可选地，在本申请的一个实施例中，在基于CPU计算得到所述新的顶点索引之前，所述计算模块，还用于：

获取当前物体的物体属性；

根据所述物体属性计算多个方向的索引数组。

可选地，在本申请的一个实施例中，所述计算模块，还用于：

通过所述模型坐标系建立多个最终区域，并从所述索引数组中获取每个最终区域对应的数字索引。本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被设置为用于执行如上述实施例所述的三维模型的渲染方法。

本申请第四方面实施例提供一种非临时性计算机可读存储介质，所述非临时性计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上述实施例所述的三维模型的渲染方法。

在相机和三维模型的法线方向之间的夹角满足渲染角度时，对当前模型的顶点索引顺序翻转，并将修改顶点索引后传给渲染器，使得渲染器会按照新的顶点索引反向渲染，在实现双向显示面片的同时，避免增大模型体积和增加GPU能耗的问题，有效保证渲染效果，满足使用需求。由此，解决相关技术中在实现双向显示面片时，出现模型体积增大，或者GPU能耗较大的问题。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为在引擎中创建面片的示意图；

图2为根据本申请实施例的三维模型的渲染方法的流程图；

图3为根据本申请一个实施例的平面模型的示意图；

图4为根据本申请一个实施例的三维模型的示意图；

图5为根据本申请一个实施例的模型区域划分示意图；

图6为根据本申请一个实施例的模型中心和相机中心的连接示意图；

图7为根据本申请一个实施例的构建坐标系的示意图；

图8为根据本申请一个实施例的最终区域划分示意图；

图9为根据本申请实施例的三维模型的渲染装置的方框示意图。

具体实施方式

下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。

下面参考附图描述本申请实施例的三维模型的渲染方法、装置、电子设备及存储介质。针对上述背景技术中心提到的相关技术中在实现双向显示面片时，导致模型体积增大，或者GPU能耗较大的问题的问题，本申请提供了一种三维模型的渲染方法，在该方法中，在相机和三维模型的法线方向之间的夹角满足渲染角度时，对当前模型的顶点索引顺序翻转，并将修改顶点索引后传给渲染器，使得渲染器会按照新的顶点索引反向渲染，在实现双向显示面片的同时，避免增大模型体积和增加GPU能耗的问题，有效保证渲染效果，满足使用需求。由此，解决相关技术中在实现双向显示面片时，出现模型体积增大，或者GPU能耗较大的问题。

具体而言，图2为本申请实施例所提供的一种三维模型的渲染方法的流程示意图。

首先，为使得本领域技术人员更容易了解本申请实施例的三维模型的渲染方法，下面以一个简单平面为例进行介绍本申请实施例如何解决相关技术中在实现双向显示面片时，导致模型体积增大，或者GPU能耗较大的问题。

可以理解的是，如图3所示，图3展示的为一个简单平面，该平面可以由△012和△023两个三角面组成，该平面的法线正方向如图直线箭头所示，在左手坐标系中，渲染器默认围绕法线顺时针方向绘制顶点，即012和023，并且绘制出来的平面只有在法线正方向才可以看到，对于简单平面，本申请实施例可以预计算两个方向的index即可：

Index[0](正方向)＝{(0，1，2)，(0，2，3)}；

Index[1](反方向)＝{(0，2，1)，(0，3，2)}；

然后，检测相机和法线方向之间的当前夹角，如果当前夹角大于90°，且小于270°，则给渲染器设置index[1]索引数组，反之，则给渲染器设置index[0]索引数组，由此即可解决在面片反面无法看到面片的问题，由于都是预计算好索引数组的状态，因此仅需要一个简单的赋值，也不会对CPU(Central Processing Unit，中央处理器)和GPU造成损耗。

如图2所示，该三维模型的渲染方法包括以下步骤：

在步骤S201中，检测相机和三维模型的法线方向之间的当前夹角。

在一些示例中，相机和三维模型的法线方向之间的当前夹角可以通过角度检测器(如角度传感器)获得，例如，检测到的当前夹角为∠a。需要说明的是，上述检测相机和三维模型的法线方向之间的当前夹角的方式仅为示例性的，不作为对本申请的限制，本领域技术人员还可以通过其他方式进行检测，为避免冗余，在此不作详细赘述。

在步骤S202中，在当前夹角满足渲染角度时，对三维模型的顶点索引进行顺序翻转，基于CPU计算得到新的顶点索引。

其中，渲染角度可以为当前夹角大于90°，且小于270°时，进行顺序翻转。

进一步地，在本申请的一个实施例中，对三维模型的顶点索引进行顺序翻转，基于CPU计算得到新的顶点索引，包括：确定三维模型的多个初始区域，得到三维模型的模型中心；将三维模型的模型中心和当前相机的相机中心进行连线，并按照预设方向构建模型坐标系；通过模型坐标系建立多个最终区域，并从索引数组中获取每个最终区域对应的数字索引。

举例而言，由于在某些平台下GPU处理能差时，不能使用高面树复杂的树模型，因此，如图4所示，本申请实施例以两个平面组合而成的一个简易树为例进行介绍。

在本申请的一个实施例中，在基于CPU计算得到新的顶点索引之前，还包括：获取当前物体的物体属性；根据物体属性计算多个方向的索引数组。

以下列举实施例，示意性说明，本申请实施例可以首先预计算4个方向的索引数组，包括上下左右四个方向：

Index[0](左)＝{(0，1，2)，(0，2，3)，(4，6，5)，(4，7，6)}；

Index[1](下)＝{(0，1，2)，(0，2，3)，(4，5，6)，(4，6，7)}；

Index[2](右)＝{(0，2，1)，(0，3，2)，(4，5，6)，(4，6，7)}；

Index[3](上)＝{(0，2，1)，(0，3，2)，(4，6，5)，(4，7，6)}。

部分实施例中，为了提高实时运行时候的效率，本申请实施例可以通过提前预计算多个方向的索引数组，不仅可以减少索引数组的计算的时间，而且可以把预计算放在服务器后台计算，该预计算方法可以使用文本进行存储。也就是说，本申请实施例可以基于默认的渲染管线的基础上，在GPU拿到模型顶点数据之前，CPU预先计算好多个方向的索引数组Index[n]，并且可根据项目的动态调整方位数量，然后在运行时达到条件后赋值index的索引数组，只需要设置一次即可。

下面进行详细阐述如何对三维模型的顶点索引进行顺序翻转，基于CPU计算得到新的顶点索引。

首先，本申请实施例可以确定三维模型的多个初始区域，得到三维模型的模型中心，如图5所示，本申请实施例可以设置有4个初始区域，如初始区域1、初始区域2、初始区域3和初始区域4，直线a和主线b的交点即为三维模型的模型中心。

其次，如图6所示，本申请实施例可以将三维模型的模型中心和当前相机的相机中心进行连线，并按照预设方向构建模型坐标系，其中，构建的模型坐标系可以如图7所示。需要说明的是，上述构建模型坐标系的方式仅为示例性的，本领域技术人员可以根据实际情况进行设置，在此不作具体限定。

可选地，在一些实施例中，本申请实施例可以根据相机中心和模型中心间的的连线分别和模型坐标系中横坐标和纵坐标的夹角判定多个最终区域，如图8所示，区域1、区域2、区域3和区域4即为最终区域。其中，当相机和模型中心的连线S1和坐标轴y+和坐标轴x+的夹角小于45°，就判定相应的区域，并获取对应的index数字索引，因此，不管模型多么复杂，均可以使用4个方向进行划分区域，以达到显示效果。

在步骤S203中，按照新的顶点索引进行反向渲染，以在基于顶点索引得到三维模型的正向面片的同时，得到三维模型的反向面片。

由此，本领域技术人员应该理解到的是，本申请实施例可以在模型顶点面数不变、材质不变，当相机和模型的角度大于或者小于一定角度时候，对当前模型的顶点索引顺序翻转，从原来123索引转换成321索引，修改顶点索引后传给渲染器，渲染器会按照新的顶点索引反向渲染，从而得到三维模型的反向面片，有效解决相关技术中在实现双向显示面片时，导致模型体积增大，或者GPU能耗较大的问题。

进一步地，在本申请的一个实施例中，在得到三维模型的反向面片之后，还包括：检测展示的三维模型的三角面是否存在反向；如果存在反向，则根据预设的方向增加策略增加索引数组。

基于其他相关实施例的说明可以理解到的是，当近距离观察复杂的模型可能在某些角度会出三角面是反方向看不到的情况，此时，可以通过增加几个最终区域来提高容错率，从而保证最终的展示模型。也就是说，本申请实施例可以根据平台、GPU、CPU的综合力制作LOD，从4方位到8方位到32方位动态切换。需要说明的是，多个区域的实现方式与上述仅有4个最终区域的实现方式一致，为避免冗余，在此不做详细赘述。

根据本申请实施例提出的三维模型的渲染方法，通过检测相机和三维模型的法线方向之间的当前夹角，并在当前夹角满足渲染角度时，对当前模型的顶点索引顺序翻转，并将修改顶点索引后传给渲染器，使得渲染器会按照新的顶点索引反向渲染，从而解决相关技术中在实现双向显示面片时，导致模型体积增大，或者GPU能耗较大的问题。

其次参照附图描述根据本申请实施例提出的三维模型的渲染装置。

图9是本申请实施例的三维模型的渲染装置的方框示意图。

如图9所示，该三维模型的渲染装置10包括：检测模块100、计算模块200和渲染模块300。

其中，检测模块100用于检测相机和三维模型的法线方向之间的当前夹角。

计算模块200用于在当前夹角满足渲染角度时，对三维模型的顶点索引进行顺序翻转，基于CPU计算得到新的顶点索引。

渲染模块300用于按照新的顶点索引进行反向渲染，以在基于顶点索引得到三维模型的正向面片的同时，得到三维模型的反向面片。

进一步地，在本申请的一个实施例中，在基于CPU计算得到新的顶点索引之前，计算模块200还用于：获取当前物体的物体属性；根据物体属性计算多个方向的索引数组。

进一步地，在本申请的一个实施例中，计算模块200还用于：确定三维模型的多个初始区域，得到三维模型的模型中心；将三维模型的模型中心和当前相机的相机中心进行连线，并按照预设方向构建模型坐标系；通过模型坐标系建立多个最终区域，并从索引数组中获取每个最终区域对应的数字索引。

进一步地，在本申请的一个实施例中，计算模块200还用于：根据相机中心和模型中心间的的连线分别和模型坐标系中横坐标和纵坐标的夹角判定多个最终区域。

进一步地，在本申请的一个实施例中，在得到三维模型的反向面片之后，渲染模块300还用于：检测展示的三维模型的三角面是否存在反向；如果存在反向，则根据预设的方向增加策略增加索引数组。

需要说明的是，前述对三维模型的渲染方法实施例的解释说明也适用于该实施例的三维模型的渲染装置，此处不再赘述。

根据本申请实施例提出的三维模型的渲染装置，通过检测相机和三维模型的法线方向之间的当前夹角，并在当前夹角满足渲染角度时，对当前模型的顶点索引顺序翻转，并将修改顶点索引后传给渲染器，使得渲染器会按照新的顶点索引反向渲染，从而解决相关技术中在实现双向显示面片时，导致模型体积增大，或者GPU能耗较大的问题。

为了实现上述实施例，本申请还提出了一种电子设备，包括：至少一个处理器和存储器。其中，存储器与至少一个处理器通信连接，其中，存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，指令被设置为用于执行上述实施例的三维模型的渲染方法，如以用于：

检测相机和三维模型的法线方向之间的当前夹角。

在当前夹角满足渲染角度时，对三维模型的顶点索引进行顺序翻转，基于CPU计算得到新的顶点索引。

按照新的顶点索引进行反向渲染，以在基于顶点索引得到三维模型的正向面片的同时，得到三维模型的反向面片。

为了实现上述实施例，本申请还提出了一种计算机可读存储介质，其存储计算机指令，计算机指令用于使计算机执行上述实施例的三维模型的渲染方法。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或N个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“N个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更N个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或N个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，N个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。

此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims

1.一种三维模型的渲染方法，其特征在于，包括以下步骤：

检测相机和三维模型的法线方向之间的当前夹角；

在所述当前夹角满足渲染角度时，对所述三维模型的顶点索引进行顺序翻转，基于CPU计算得到新的顶点索引；以及

按照所述新的顶点索引进行反向渲染，以在基于所述顶点索引得到所述三维模型的正向面片的同时，得到所述三维模型的反向面片。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在基于CPU计算得到所述新的顶点索引之前，还包括：

获取当前物体的物体属性；

根据所述物体属性计算多个方向的索引数组。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述对所述三维模型的顶点索引进行顺序翻转，基于CPU计算得到新的顶点索引，包括：

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过所述模型坐标系建立多个最终区域，包括：

5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，在得到所述三维模型的反向面片之后，还包括：

检测展示的三维模型的三角面是否存在反向；

如果存在反向，则根据预设的方向增加策略，增加索引数组。

6.一种三维模型的渲染装置，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，在基于CPU计算得到所述新的顶点索引之前，所述计算模块，还用于：

获取当前物体的物体属性；

根据所述物体属性计算多个方向的索引数组。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块，还用于：

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-5任一项所述的三维模型的渲染方法。

10.一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，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-5任一项所述的三维模型的渲染方法。