CN113822988A - 基于城市大脑时空构建组件的三维模型烘培方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种基于城市大脑时空构建组件的三维模型烘培方法及系统。该方法包括：绘制模型轮廓；将模型轮廓导入三维模型制作工具，制作三维模型；在三维模型制作工具中进行三维模型UVW的展开；在三维模型制作工具中进行灯光的布置；分层烘焙三维模型的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图；设置渲染参数；调试渲染效果；将烘焙出的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图与烘培出的纹理贴图进行混合叠加，得到最终效果的三维模型。本发明提供的方案，提高了灯光纹理贴图的表现能力，使得最终的贴图效果更逼真，更接近真实场景；优化了Cesium的渲染引擎的渲染能力，提高了Cesium的渲染引擎适用范围；提高了用户对可视化平台的满意度；减轻了应用平台的加载压力。
Description
技术领域
本发明涉及三维模型制作领域，尤其涉及一种基于城市大脑时空构建组件的三维模型烘培方法。
背景技术
在城市大脑时空构建组件建设中，通过构建城市三维场景，基于Cesium地图引擎展示三维世界，Cesium中渲染器(Renderer)对三维模型表现的质感、光影的渲染效果较差，真实光影效果支持不理想，三维模型的真实性视觉效果不能够很好的表现。在Cesium的使用中，由于其本身渲染器结构，为了表现好的、较真实的光影渲染效果，需要对其渲染器做修改，具体来说，需要IBL接口(基于图像的光照)+PBR材质(基于物理特性的渲染)，这种方式工程太过复杂繁复，会增大Cesium的渲染工作量，加重平台应用工作负担，并不适用大数据大场景应用。
发明内容
本专利的目的能够解决Cesium在城市大脑时空构建组件中因本身渲染器对模型表现真实效果的不足及为表现较真实的光影效果同时会加大Cesium渲染工作量，加重应用平台工作负担的问题。此方法能够表现好的模型质感光影效果同时，减轻Cesium渲染工作量，解决应用平台工作负担的问题。而且场景模型效果可以通用到不同引擎中保持同一个视觉效果，在保持视觉效果统一的同时，能够提高工作效率。
根据本发明实施例的第一方面，提供一种基于城市大脑时空构建组件的三维模型烘培方法，包括：
绘制模型轮廓；
将所述模型轮廓导入三维模型制作工具，制作三维模型；
在三维模型制作工具中进行三维模型UVW的展开；
在三维模型制作工具中进行灯光的布置；
分层烘焙三维模型的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图；
设置三维模型的渲染参数；
调试三维模型的渲染效果；
将烘焙出的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图与烘培出的纹理贴图进行混合叠加，得到最终效果的三维模型。
进一步，所述在三维模型制作工具中进行灯光的布置，具体包括：
在三维模型制作工具中布置灯光的种类、数量、位置和参数。
进一步，所述分层烘焙三维模型的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图，具体包括：
根据产品需要调整其阴影的大小和深浅，完成模型阴影贴图的烘焙；
根据产品需要调整灯光的倍增器数值，完成模型AO贴图的烘焙；
根据产品需要调整灯光的倍增器和颜色，完成模型灯光贴图的烘焙；
在三维模型的UVW上绘制纹理，应用纹理绘制软件绘制相应模型表现的材质；
把上述绘制好的UVW贴图赋予相对应的模型，赋予模型纹理贴图；
模型赋予好对应的纹理贴图后，烘焙其相应模型的纹理贴图，完成模型纹理贴图的烘焙；
根据产品需要调整模型材质的光泽、高光和反射数值，完成模型反射贴图的烘焙。
进一步，完成模型纹理贴图的烘焙之后，还包括：
依据模型呈现的不同材质，根据其材质特性，材质的光泽、高光、反射等调整其相应属性数值，完成模型材质效果调试。
进一步，所述设置三维模型的渲染参数，具体包括：
对最终输出的模型的渲染属性图像采样类型、图像过滤器选择、图像采样器细分值大小、全局蒙特卡罗选项数值、全局光照属性和颜色映射类型进行调整；
进一步，所述调试三维模型的渲染效果，具体包括：
根据需要在设置好的各项渲染参数其基础上做微调。
进一步，该方法还包括：
将所述最终效果的三维模型通过格式软件输出应用平台支持的文件格式。
根据本发明实施例的第二方面，提供一种基于城市大脑时空构建组件的三维模型烘培系统，包括：
轮廓绘制模块，用于绘制模型轮廓；
轮廓导入模块，用于将所述模型轮廓导入三维模型制作工具，制作三维模型；
UVW展开模块，用于在三维模型制作工具中进行三维模型UVW的展开；
灯光布置模块，用于在三维模型制作工具中进行灯光的布置；
贴图烘焙模块，用于分层烘焙三维模型的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图；
参数设置模块，用于设置三维模型的渲染参数；
效果调试模块，用于调试三维模型的渲染效果；
叠加模块，用于将烘焙出的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图与烘培出的纹理贴图进行混合叠加，得到最终效果的三维模型。
根据本发明实施例的第三方面，提供一种终端设备，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法。
根据本发明实施例的第四方面，提供一种非暂时性机器可读存储介质，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如上所述的方法。
本发明的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
1、通过新的烘焙方法，提高了灯光纹理贴图的表现能力，使得最终的贴图效果更逼真，更接近真实场景。
2、通过给Cesium的渲染引擎，集成真实光影的贴图，优化了Cesium的渲染引擎的渲染能力，提高了Cesium的渲染引擎适用范围。
3、通过提高可视化平台的产品表现，使得用户对可视化平台的满意度极大提高。
4、减轻了应用平台的加载压力。
5、能够在不同的引擎迁移中可以通用和保持同一视觉效果。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
通过结合附图对本发明示例性实施方式进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本发明示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
图1是根据本发明一示例性实施例示出的一种基于城市大脑时空构建组件的三维模型烘焙方法的流程示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本发明的优选实施方式。虽然附图中显示了本发明的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本发明更加透彻和完整，并且能够将本发明的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本发明使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本发明可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本发明范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
以下结合附图详细描述本发明实施例的技术方案。
图1是根据本发明一示例性实施例示出的三维模型烘焙方法的流程示意图。
参见图1，该方法包括：
具体技术和步骤如下：
(1)模型轮廓的绘制：通过制图软件绘制模型轮廓，这样能够保证所制作模型与实际存在的物体保持一致。
(2)三维模型的制作：导入模型轮廓，主要通过三维模型制作工具制作模型；
(3)三维模型UVW(贴图坐标)的展开：使模型的贴图纹理对应其相应的位置；3Dmax
(4)灯光的布置，根据三维模型具体表现效果，在三维模型制作软件中布置灯光的种类(天光、聚光灯、平行光、平面光、球形光、IES灯光)、数量、灯光的位置(主光源、辅助光源、背景光源)、灯光的参数(倍增器数值、颜色、阴影深浅、采样值等参数调整)；
(5)模型阴影贴图的烘焙：根据产品需要调整其阴影的大小、深浅等数值，可呈现不同效果的阴影贴图；
(6)模型AO贴图(Ambient Occlusiont，环境阻塞贴图)的烘焙：根据产品需要调整灯光的倍增器数值，可呈现不同效果的AO贴图；
(7)模型灯光贴图的烘焙：根据产品需要调整灯光的倍增器、颜色等数值，可呈现不同效果的灯光贴图；
(8)在三维模型的UVW上绘制纹理，应用纹理绘制软件绘制相应模型表现的材质；
(9)模型纹理贴图的赋予：把上述绘制好的UVW贴图赋予相对应的模型；
(10)模型纹理贴图的烘焙：模型赋予好对应的纹理贴图后烘焙其相应模型的纹理贴图；
(11)模型材质效果调试：依据模型呈现的不同材质，根据其材质特性，材质的光泽、高光、反射等调整其相应属性数值；
(12)模型反射贴图的烘焙：根据产品需要调整模型材质的光泽、高光、反射等数值，可呈现不同效果的反射贴图；
(13)渲染参数的设置：渲染属性图像采样类型、图像过滤器选择、图像采样器细分值大小、全局蒙特卡罗选项数值、全局光照属性、颜色映射类型等的调整；
(14)呈现效果渲染调试，结合上述技术构建调试渲染效果。渲染参数设置好，保存预设可跨场景应用，根据需要可在其基础上做微调；
(15)基于上述技术构建烘焙出的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图与烘培出的纹理贴图进行混合叠加，这样方便调控效果的展现，如阴影效果，不同时间段阴影的大小、深浅是不一样的，不同时间段阴影效果可以单独烘焙，需要时可单独调出，这样方便应用。
本发明通过在三维制作软件中布置灯光调试好材质的三维模型，基于图烘培技术(RTT)，分层烘焙三维模型的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图，把三维模型的光影信息烘培出来，使光照信息变成了贴图。
并且，针对不同场景模型、不同效果表现，在布灯光数量、灯光位置(主光源、辅助光源、背景光源)、灯光类型(天光、聚光灯、平行光、平面光、球形光、IES灯光)、灯光参数(倍增器数值、颜色、采样值等参数调整)都不一样，可以根据产品要求呈现的效果做布光。通过对图像采样类型、图像过滤器选择、图像采样器细分值大小、全局蒙特卡罗选项数值、全局光照属性、颜色映射类型等参数的调整来保证产品最终呈现的质量。
通过本发明实施例提供的这种新的三维模型烘焙方法，为Cesium的渲染引擎提供更逼真的贴图效果文件，使得Cesium具备了更强的渲染能力，不需要GPU再去费时的计算，只要计算普通的贴图就可以，渲染速度极快，提高了工作效率，而且能够得到一种很真实的光影效果，达到逼真的视觉感官。通过在城市大脑时空构建组件可视化平台中集成新的渲染结果，提高可视化平台的产品表现，减轻平台加载的压力。
本发明还可以实施为一种计算设备，包括存储器和处理器。
处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，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、分立硬件组件等。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。
存储器可以包括各种类型的存储单元，例如系统内存、只读存储器(ROM)和永久存储装置。其中，ROM可以存储处理器或者计算机的其他模块需要的静态数据或者指令。永久存储装置可以是可读写的存储装置。永久存储装置可以是即使计算机断电后也不会失去存储的指令和数据的非易失性存储设备。在一些实施方式中，永久性存储装置采用大容量存储装置(例如磁或光盘、闪存)作为永久存储装置。另外一些实施方式中，永久性存储装置可以是可移除的存储设备(例如软盘、光驱)。系统内存可以是可读写存储设备或者易失性可读写存储设备，例如动态随机访问内存。系统内存可以存储一些或者所有处理器在运行时需要的指令和数据。此外，存储器可以包括任意计算机可读存储媒介的组合，包括各种类型的半导体存储芯片(DRAM，SRAM，SDRAM，闪存，可编程只读存储器)，磁盘和/或光盘也可以采用。在一些实施方式中，存储器可以包括可读和/或写的可移除的存储设备，例如激光唱片(CD)、只读数字多功能光盘(例如DVD-ROM，双层DVD-ROM)、只读蓝光光盘、超密度光盘、闪存卡(例如SD卡、min SD卡、Micro-SD卡等等)、磁性软盘等等。计算机可读存储媒介不包含载波和通过无线或有线传输的瞬间电子信号。
存储器上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器处理时，可以使处理器执行上文述及的方法中的部分或全部。
此外，根据本发明的方法还可以实现为一种计算机程序或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品包括用于执行本发明的上述方法中部分或全部步骤的计算机程序代码指令。
或者，本发明还可以实施为一种非暂时性机器可读存储介质(或计算机可读存储介质、或机器可读存储介质)，其上存储有可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)，当所述可执行代码(或计算机程序、或计算机指令代码)被电子设备(或计算设备、服务器等)的处理器执行时，使所述处理器执行根据本发明的上述方法的各个步骤的部分或全部。
下面结合两个实例对本发明的技术做进一步介绍。
实例1华熙live商业街城市大脑场景三维模型烘培
(1)根据实景图片和绘制的部分建筑轮廓图确定场景模型尺寸大小、外观、模型位置等信息。
(2)参考实景图片和导入绘制的轮廓图在三维制作软件中依据上述获得的信息制作三维模型；
(3)三维模型制作完成，对模型的UVW展开；
(4)在三维制作软件中布置灯光：依据展示场景不同分为外景和室内；
外景布光可分为白天效果和夜晚效果。
白天效果布光：主光源聚光灯1盏，辅助光天光1盏，环境光参数RGB数值204，230，255，倍增数1；
夜晚效果布光：主光源46盏球形光，辅助光天光1盏、聚光灯2盏；
室内布光：主光源平光灯3盏，辅助光聚光灯1盏，气氛光4个聚光灯、2个平光灯；
(5)模型阴影贴图的烘焙，根据产品需要调整其阴影的大小、深浅等数值；
(6)模型AO贴图的烘焙，根据产品需要调整灯光的倍增器数值；
(7)模型灯光贴图的烘焙，根据产品需要调整灯光的倍增器、颜色等数值；
(8)应用纹理绘制软件在模型UVW上绘制相应模型表现的材质；
(9)绘制好的UVW贴图赋予相对应的模型；
(10)模型纹理贴图的烘焙，模型赋予好对应的纹理贴图后烘焙其相应模型的纹理贴图；
(11)模型材质的调试，依据模型呈现的不同材质，如木纹材质反射颜色
RGB数值40，40，40，高光光泽数值0.75，反射光泽数值0.85等参数调试，分别调整，来表现其自身材质的质感；
(12)模型反射贴图的烘焙，根据产品需要调整模型材质的光泽、高光、反射等数值；
(13)渲染参数的设置，如图像采样类型为“块”，图像过滤器选择“Catmull-Rom”，
块图像采样器最小细分为1，最大细分24，噪波阈值0.001等等参数的设置。
(14)整体效果的调试，结合上述技术构建调试渲染效果，例如光影、灯光的亮度、颜色等是否达到预期效果；
(15)基于上述技术构建烘焙出的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图与烘培出的纹理贴图进行混合叠加；
(16)最终效果的三维模型通过格式软件输出应用平台支持的文件格式；
(17)在应用平台中加载场景。
实例2基于多款引擎中场景模型的迁移
以引擎A中的场景向引擎B中迁移为例：迁移前已应用本发明做好场景模型的纹理烘焙。
(1)查找到A引擎所要迁移场景所在目录；
(2)拷贝A引擎所要迁移场景的模型文件及纹理文件；
(3)找到B引擎资源文件目录；
(4)粘贴A引擎所要迁移场景的模型文件及纹理文件到B引擎资源文件目录下；
(5)在B引擎中选中迁移过来的模型，重置下模型纹理路径，纹理即可显示完全，场景模型即迁移成功。
上文中已经参考附图详细描述了本发明的方案。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所涉及的动作和模块并不一定是本发明所必须的。另外，可以理解，本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减，本发明实施例装置中的模块可以根据实际需要进行合并、划分和删减。
本领域技术人员还将明白的是，结合这里的公开所描述的各种示例性逻辑块、模块、电路和算法步骤可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。
附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例的系统和方法的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标记的功能也可以以不同于附图中所标记的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本发明的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.基于城市大脑时空构建组件的三维模型烘培方法，其特征在于，包括：
绘制模型轮廓；
将所述模型轮廓导入三维模型制作工具，制作三维模型；
在三维模型制作工具中进行三维模型UVW的展开；
在三维模型制作工具中进行灯光的布置；
分层烘焙三维模型的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图；
设置三维模型的渲染参数；
调试三维模型的渲染效果；
将烘焙出的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图与烘培出的纹理贴图进行混合叠加，得到最终效果的三维模型。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在三维模型制作工具中进行灯光的布置，具体包括：
在三维模型制作工具中布置灯光的种类、数量、位置和参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分层烘焙三维模型的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图，具体包括：
根据产品需要调整其阴影的大小和深浅，完成模型阴影贴图的烘焙；
根据产品需要调整灯光的倍增器数值，完成模型AO贴图的烘焙；
根据产品需要调整灯光的倍增器和颜色，完成模型灯光贴图的烘焙；
在三维模型的UVW上绘制纹理，应用纹理绘制软件绘制相应模型表现的材质；
把上述绘制好的UVW贴图赋予相对应的模型，赋予模型纹理贴图；
模型赋予好对应的纹理贴图后，烘焙其相应模型的纹理贴图，完成模型纹理贴图的烘焙；
根据产品需要调整模型材质的光泽、高光和反射数值，完成模型反射贴图的烘焙。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，完成模型纹理贴图的烘焙之后，还包括：
依据模型呈现的不同材质，根据其材质特性，材质的光泽、高光、反射等调整其相应属性数值，完成模型材质效果调试。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设置三维模型的渲染参数，具体包括：
对最终输出的模型的渲染属性图像采样类型、图像过滤器选择、图像采样器细分值大小、全局蒙特卡罗选项数值、全局光照属性和颜色映射类型进行调整。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述调试三维模型的渲染效果，具体包括：
根据需要在设置好的各项渲染参数其基础上做微调。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法，其特征在于，还包括：
将所述最终效果的三维模型通过格式软件输出应用平台支持的文件格式。
8.基于城市大脑时空构建组件的三维模型烘培系统，其特征在于，包括：
轮廓绘制模块，用于绘制模型轮廓；
轮廓导入模块，用于将所述模型轮廓导入三维模型制作工具，制作三维模型；
UVW展开模块，用于在三维模型制作工具中进行三维模型UVW的展开；
灯光布置模块，用于在三维模型制作工具中进行灯光的布置；
贴图烘焙模块，用于分层烘焙三维模型的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图；
参数设置模块，用于设置三维模型的渲染参数；
效果调试模块，用于调试三维模型的渲染效果；
叠加模块，用于将烘焙出的阴影、AO、纹理、反射、灯光贴图与烘培出的纹理贴图进行混合叠加，得到最终效果的三维模型。
9.一种终端设备，其特征在于，包括：
处理器；以及
存储器，其上存储有可执行代码，当所述可执行代码被所述处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。
10.一种非暂时性机器可读存储介质，其上存储有可执行代码，其特征在于，当所述可执行代码被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如权利要求1-7中任一项所述的方法。
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