CN113989439A - 一种基于ue4的可视域分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于UE4的可视域分析方法及装置，主要解决现有技术中存在的现有可视域分析直观性差，只能与有限不真实模型进行碰撞运算及无法响应复杂运算的问题。该一种基于UE4的可视域分析方使用UE4引擎，运用计算机图形学的原理和方法，编写后处理材质球，将区域内城市植被模型和光照直射光方向运算数据转换为可视的三维仿真图形信息，将可视域中可视部分渲染为蓝色，非可视部分渲染为红色显示于显示器，实现3D实时可视域分析。

Description

一种基于UE4的可视域分析方法及装置

技术领域

本发明涉及可视域分析技术领域，具体地说，是涉及一种基于UE4的可视域分析方法及装置。

背景技术

现有可视域分析采用GIS软件实现的二维仿真，得到的结果仅仅是一系列的数据，直观性和视觉效果差；其具体存在的问题如下：

1、二维仿真往往不能满足角度变化的实时变化带来的直观性，不能满足千万面城市模型仿真模拟中实时变换视角的要求。

2、其区域内环境直射光只能与有限不真实模型进行碰撞运算；一般模型精度越高，模拟效果越真实，数据可靠性越强，且现实中光线角度范围，光线复杂度瞬息万变，现有技术无法响应复杂运算，导致运算结果参考价值低，缺点也比较多，如色彩单调，锯齿严重，画面效果失真等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于UE4的可视域分析方法及装置，以解决现有可视域分析直观性差，只能与有限不真实模型进行碰撞运算及无法响应复杂运算的问题。

为了解决上述问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于UE4的可视域分析方法包括以下步骤：

S1、编写shader，然后准备数据，数据包含3D场景内的模型；

S2、遍历步骤S1中模型的三角面，获取各三角面对应的法线信息，然后转换为法线向量；

S3、从步骤S2中的三角面中获取光照信息，光照信息包括光照强度、光照方向、光照范围，然后将光照方向转为向量信息，计算其与步骤S2中对应法线向量的夹角；根据夹角范围内显示可见的程度，渲染对应的颜色；

S4、将所有三角面根据光照强度进行排序，根据光照强度和夹角范围判断是否受光并渲染对应的颜色；

S5、完成步骤S4后通过后处理材质球配合renderTarget传参传入shader内部，使用材质属性块相应方法改变材质属性，更新颜色并插值。

传统的可视域分析更多的采用GIS软件实现的二维仿真，不能满足实时变换视角基于千万面城市模型仿真模拟的要求；本发明使用UE4引擎，运用计算机图形学的原理和方法，编写后处理材质球，将区域内城市植被模型和光照直射光方向运算数据转换为可视的三维仿真图形信息，将可视域中可视部分渲染为蓝色，非可视部分渲染为红色显示于显示器，实现3D实时可视域分析。

进一步的，步骤S1中编写shader的具体过程为：顶点着色器中将顶点模型坐标转换为世界坐标，表面着色器中处理颜色分段和插值。

进一步的，步骤S1中准备的数据包括GIS二维坐标数据、可视域检测范围、光照信息、准备3D场景。

进一步的，步骤S4的具体过程为：将三角面受光照强度情况进行排序，判断背阳面与向阳面，如果是背阳面则直接显示不受光，如果是向阳面但存在与另一块三角面形成向量和光照向量共线，则依旧显示不受光，除前述两种情况外，其余三角面皆处理为不同程度受光，显示相应的颜色。

一种基于UE4的可视域分析装置包括存储器：用于存储可执行指令；处理器：用于执行所述存储器中存储的可执行指令，实现一种基于UE4的可视域分析方法。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明使用UE4引擎，运用计算机图形学的原理和方法，编写后处理材质球，将区域内城市植被模型和光照直射光方向运算数据转换为可视的三维仿真图形信息，将可视域中可视部分渲染为蓝色，非可视部分渲染为红色显示于显示器，实现3D实时可视域分析。

(2)本发明使用UE4引擎，运用计算机图形学的原理和方法相对现有技术，本发明具有异步分析，范围大，流畅的特点，能处理超高面数建筑，提升真实度。

(3)本发明从实际项目出发，极大的提高了视觉效果，直观地展示可视域分析，简单，明了，流畅，支持颜色插值，动态更新。

三维场景和图表分析的有机结合，使得数据的管理更为高效和方便

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，对于本领域普通技术人员来讲，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，其中：

图1为实施例1的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合图1对本发明作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本发明的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种基于UE4的可视域分析方法主要是在UE4引擎中，将图形学和GIS所提供的空间地理信息有效结合，通过shader实现图形渲染，将数据转换为可视的图形信息，实时、直观地看出城市在各种不同角度光照下的可使域分布情况；其具体方案如下：

一、shader编写阶段

编写shader，主要使用顶点着色器和表面着色器，顶点着色器中将顶点模型坐标转换为世界坐标，表面着色器中处理颜色分段和插值，利用后处理以及阴影生成特性结合画家算法输出后处理效果。

二、数据准备阶段

1.数据包含三部分：GIS二维坐标数据、可视域检测范围，光照信息，这些数据由数据接口提供；这些数据来源一般是用户其它系统。

2.GIS二维坐标数据，需要明确用户提供的数据集是用的什么坐标系；常用的有Google，百度，高德等。

3.需要准备3D场景，在模型上添加对应坐标系的参考坐标点，作为从GIS球面坐标转换为笛卡尔坐标的依据；本实施例中模型为城市和植被模型。

三、数据处理

1.遍历模型三角面，获取其所对应的法线信息，然后转换为法线向量。

2.获取初始光照信息，如强度、方向、范围，将光照方向转为向量信息，与三角面法线向量，进行点乘三角函数运算，判断两者夹角，计算显示可见程度，渲染相应颜色。

3.将上述各个三角面受光照强度情况进行排序，判断背阳面与向阳面，如果是背阳面直接显示不受光，如果是向阳面但存在与另一块三角面形成向量和光照向量共线，则依旧显示不受光，除此之外，其余三角面皆处理为不同程度，显示相应颜色；

四、渲染阶段

将上述数组通过后处理材质球配合renderTarget传参传入shader内部，使用材质属性块相应方法改变材质属性，更新颜色并插值。

本发明使用UE4引擎，运用计算机图形学的原理和方法，编写后处理材质球，将区域内城市植被模型和光照直射光方向运算数据转换为可视的三维仿真图形信息，将可视域中可视部分渲染为蓝色，非可视部分渲染为红色显示于显示器，实现3D实时可视域分析。

实施例2

一种基于UE4的可视域分析装置包括存储器：用于存储可执行指令；处理器：用于执行所述存储器中存储的可执行指令，实现一种基于UE4的可视域分析方法。

本发明运用三维图形渲染技术、使用后期处理材质球改变最终输出图像、3、根据GIS点位与复杂光照信息，检测范围，共同计算出渲染图象；除了用于城市，还可以扩展到山脉、森林、山谷等方面的渲染。

本发明相对现有技术进行升级改进的地方如下：

1、现有方案测试范围小，分析卡顿，本发明具有异步分析，范围大，流畅的特点。

2、本发明通过算法实时改变方向。

3、本发明具有提升为超高面数建筑，提升真实度的特点。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，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装置、方法和计算机程序产品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方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。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动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。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能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，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。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，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，可轻易想到变化或替换，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所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种基于UE4的可视域分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、编写shader，然后准备数据，数据包含3D场景内的模型；

S2、遍历步骤S1中模型的三角面，获取各三角面对应的法线信息，然后转换为法线向量；

S3、从步骤S2中的三角面中获取光照信息，光照信息包括光照强度、光照方向、光照范围，然后将光照方向转为向量信息，计算其与步骤S2中对应法线向量的夹角；根据夹角范围内显示可见的程度，渲染对应的颜色；

S4、将所有三角面根据光照强度进行排序，根据光照强度和夹角范围判断是否受光并渲染对应的颜色；

S5、完成步骤S4后通过后处理材质球配合renderTarget传参传入shader内部，使用材质属性块相应方法改变材质属性，更新颜色并插值。

2.根据权利要求1所述的一种基于UE4的可视域分析方法，其特征在于，步骤S1中编写shader的具体过程为：顶点着色器中将顶点模型坐标转换为世界坐标，表面着色器中处理颜色分段和插值。

3.根据权利要求1所述的一种基于UE4的可视域分析方法，其特征在于，步骤S1中准备的数据包括GIS二维坐标数据、可视域检测范围、光照信息、准备3D场景。

4.根据权利要求1所述的一种基于UE4的可视域分析方法，其特征在于，步骤S4的具体过程为：将三角面受光照强度情况进行排序，判断背阳面与向阳面，如果是背阳面则直接显示不受光，如果是向阳面但存在与另一块三角面形成向量和光照向量共线，则依旧显示不受光，除前述两种情况外，其余三角面皆处理为不同程度受光，显示相应的颜色。

5.一种基于UE4的可视域分析装置，其特征在于，包括

存储器：用于存储可执行指令；

处理器：用于执行所述存储器中存储的可执行指令，实现如权利要求1-4任一项所述的一种基于UE4的可视域分析方法。

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