CN114140566A - 一种建筑图纸设计效果实时渲染方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种建筑图纸设计效果实时渲染方法，具体涉及图形渲染技术领域，通过获取建筑设计构造的户型图进行模拟渲染，生成对应的3D模型场景，为每个3D模型配置对应的建筑图纸设计特征信息，对建筑图纸设计的二维构造与3D模型进行切换，获取BRDF参数对图形进行分层创建渲染区域，根据图形三维体素的折射方向及距离进行分层划分，将多个层区域进行组合，实现得到的渲染结果与实物在物理空间中的真实形态对应，提高渲染效果的真实性，同时通过对渲染区域的分层设计并且进行动态渲染，通过对图形的不同角度调整获取实时渲染数据特征，无需重新对整体图形进行渲染，实现通过获取的相关的动态参数进行实时渲染的目的，保证渲染时的流畅交互体验。
Description
技术领域
本发明涉及图形渲染技术领域，更具体地说，本发明涉及一种建筑图纸设计效果实时渲染方法。
背景技术
渲染，是CG的最后一道工序，也是最终使图像符合的3D场景的阶段。英文为Render，也有的把它称为着色，但一般把Shade称为着色，把Render称为渲染。因为Render和Shade这两个词在三维软件中是截然不同的两个概念，虽然它们的功能很相似，但却有不同。Shade是一种显示方案，一般出现在三维软件的主要窗口中，和三维模型的线框图一样起到辅助观察模型的作用。很明显，着色模式比线框模式更容易让我们理解模型的结构，但它只是简单的显示而已，数字图像中把它称为明暗着色法。在像Maya这样的高级三维软件中，还可以用Shade显示出简单的灯光效果、阴影效果和表面纹理效果，当然，高质量的着色效果是需要专业三维图形显示卡来支持的，它可以加速和优化三维图形的显示。但无论怎样优化，它都无法把显示出来的三维图形变成高质量的图像，这是因为Shade采用的是一种实时显示技术，硬件的速度限制它无法实时地反馈出场景中的反射、折射等光线追踪效果。而现实工作中我们往往要把模型或者场景输出成图像文件、视频信号或者电影胶片，这就必须经过Render程序，Shade窗口，提供了非常直观、实时的表面基本着色效果，根据硬件的能力，还能显示出纹理贴图、光源影响甚至阴影效果，但这一切都是粗糙的，特别是在没有硬件支持的情况下，它的显示甚至会是无理无序的。
目前建筑建材产品的展示方法主要通过二维图册来展示，但随着技术的进步和用户要求的日益增高，传统基于二维图册的建筑建材产品展示方式已不能满足用户要求。为此，业内出现了部分通过三维展示来展示建筑建材产品的方案，这些方案在进行三维展示通过特定的算法把建筑建材产品的三维模型在电脑端或则手机端展示出来，使得客户可以对产品模型进行旋转、平移、放大、缩小等操作。另外，这些方案还可以对产品模型进行一些编辑，例如：替换色卡材质、替换产品、查看产品结构等。这些方案三维展示的目的是通过让客户先自己手动制作(即DIY)自己心目中的产品，然后厂家再根据该产品来和客户沟通，这样就可以减少沟通的时间，节约成本，图像渲染是将三维的光能传递处理转换为一个二维图像的过程。场景和实体用三维形式表示，更接近于现实世界，便于操纵和变换，而图形的显示设备大多是二维的光栅化显示器和点阵化打印机。从三维实体场景的表示N维光栅和点阵化的表示就是图像渲染——即光栅化。光栅显示器可以看作是一个象素矩阵，在光栅显示器上显示的任何一个图形，实际上都是一些具有一种或多种颜色和灰度象素的集合。
首先，必须定位三维场景中的摄像机，这和真实的摄影是一样的。一般来说，三维软件已经提供了四个默认的摄像机，那就是软件中四个主要的窗口，分为顶视图、正视图、侧视图和透视图。我们大多数时候渲染的是透视图而不是其它视图，透视图的摄像机基本遵循真实摄像机的原理，所以我们看到的结果才会和真实的三维世界一样，具备立体感。接下来，为了体现空间感，渲染程序要做一些“特殊”的工作，就是决定哪些物体在前面、哪些物体在后面和哪些物体被遮挡等。空间感仅通过物体的遮挡关系是不能完美再现的，很多初学三维的人只注意立体感的塑造而忽略了空间感。要知道空间感和光源的衰减、环境雾、景深效果都是有着密切联系的。
渲染程序通过摄像机获取了需要渲染的范围之后，就要计算光源对物体的影响，这和真实世界的情况又是一样的。许多三维软件都有默认的光源，否则，我们是看不到透视图中的着色效果的，更不要说渲染了。因此，渲染程序就是要计算我们在场景中添加的每一个光源对物体的影响。和真实世界中光源不同的是，渲染程序往往要计算大量的辅助光源。在场景中，有的光源会照射所有的物体，而有的光源只照射某个物体，这样使得原本简单的事情又变得复杂起来。在这之后，是使用深度贴图阴影还是使用光线追踪阴影？这往往取决于在场景中是否使用了透明材质的物体计算光源投射出来的阴影。另外，使用了面积光源之后，渲染程序还要计算一种特殊的阴影－－软阴影(只能使用光线追踪)，场景中的光源如果使用了光源特效，渲染程序还将花费更多的系统资源来计算特效的结果，特别是体积光，也称为灯光雾，它会占用大量的系统资源，使用的时候一定要注意，在这之后，渲染程序还要根据物体的材质来计算物体表面的颜色，材质的类型不同，属性不同，纹理不同都会产生各种不同的效果。而且，这个结果不是独立存在的，它必须和前面所说的光源结合起来。如果场景中有粒子系统，比如火焰、烟雾等，渲染程序都要加以“考虑”。
图像渲染的工作其实就是，通过几何变换、投影变换、透视变换和窗口裁剪等手段，将获取的三维模型信息，生成图像，并将图像信息输出到图像文件或是视频文件，或者是显示设备的帧缓存器中，完成图形生成，目前，在基于图纸设计效果实时渲染领域中，难以通过对图形的几何分层构造等因素来调整渲染方式，大多通过平面设计及几何建模的方式体现图形构造，近距离观察会造成一定的失真情况，由于图形不同角度的渲染效果尽不相同，针对图形的渲染过程中每当改变图形的角度时，为达到理想的展示效果则需重新对整体图形的效果图进行渲染，无法实现通过获取的相关的动态参数进行实时渲染的目的，难以保证渲染时的流畅交互体验。
因此需一种建筑图纸设计效果实时渲染方法来解决上述问题。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种建筑图纸设计效果实时渲染方法，本发明所要解决的技术问题是：通过平面设计及几何建模的方式体现图形构造，近距离观察会造成一定的失真情况，由于图形不同角度的渲染效果尽不相同，针对图形的渲染过程中每当改变图形的角度时，为达到理想的展示效果则需重新对整体图形的效果图进行渲染，无法实现通过获取的相关的动态参数进行实时渲染的目的，难以保证渲染时的流畅交互体验的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种建筑图纸设计效果实时渲染方法，包括以下步骤：
S1、首先建立建筑图纸设计特征模型，建筑图纸设计特征模型包括设计背景信息、图纸渲染信息和构造设计信息，根据建筑图纸数据库对设计特征信息进行归纳储存，形成建筑图纸特征信息参照面板；
S2、实时获取建筑图纸设计的信息数据，并且对获取的数据进行整合分析，建立监督数据库，实时监督动态储存的数据整合和清洗分析后的绘图数据信息，获取的数据信息可通过RestCloud工具完成数据整合和清洗分析；
S3、获取建筑设计构造的户型图进行模拟渲染，生成对应的3D模型场景，为每个3D模型配置对应的建筑图纸设计特征信息，对建筑图纸设计的二维构造与3D模型进行切换，将渲染数据存储于数据库中；
S4、获取二维构造与3D模型的特征数据信息，包含图纸的颜色、构造、贴图、粗糙度、光线参数、环境参数和设计尺寸信息，采用Photomyne扫描软件对目标图纸进行高分辨率的三维断层扫描，获得扫描点的方向信息以及密度ρ信息，最终获取BRDF参数，通过三维体素的形式体现并且以{x，y，z，ρ}形式存储；
S5、通过获取的BRDF参数对图形进行分层创建渲染区域，根据图形三维体素的折射方向及距离进行分层划分，并且将多个层区域进行组合，满足一体式图形渲染要求；
S6、通过多个层区域进行组合后形成整体渲染指令并且进行图形渲染，可选择性调控各个层区域同步渲染、间隙渲染及排序渲染；
S7、通过S3中储存的离线模拟渲染参数与S6中实时渲染参数进行关联匹配，通过差异化计算的方式得出各特征信息数据差，得到最优渲染参数，根据数据差来更新模拟渲染数据库，提供最优渲染匹配策略。
作为本发明的进一步方案：所述建筑图纸设计特征模型的建立步骤如下：
a、采集或自行录入建筑图纸的各项设计背景信息、图纸渲染信息和构造设计信息，形成图纸特征信息向量为基础储存的数据信息，最终得到建筑图纸设计特征模型；
b、建筑图纸设计特征模型＝{MA、MB、MC}，所述MA表示设计背景特征，所述MB表示图纸渲染特征，所述MC表示构造设计特征。
作为本发明的进一步方案：所述S3中模拟渲染步骤如下；
S301：在进行模拟渲染的过程中，将层区域渲染及渲染进程数据加载至监督数据库中，继而将其上传到列表显示数据栏，最终展现渲染出期望的结果；
S302：在模拟渲染监督过程中，确定渲染位表、访问队列、更新队列以及预测队列，以便进行合理的有效的数据调度操作。
作为本发明的进一步方案：所述S6中图形渲染的方式如下；
S601、在实时对建筑图纸进行渲染进程中，通过建筑图纸设计特征模型获取的特征数据信息以及打开指令创建渲染子进程，并生成第一指令发送至渲染子进程，渲染窗口运行界面；
S602、在通过第一指令结束后，加载建筑图纸设计特征模型中与实时图纸设计对应的特征信息，生成第二指令并且创建渲染纹理指令，由第二指令发出新建渲染任务，并且生成图纸设计的渲染线程。
作为本发明的进一步方案：所述S1中，所述设计背景特征包括图纸设计类型、设计材料属性；所述图纸渲染特征包括填充颜色、贴图信息、粗糙度、光照参数信息、环境参数信息；所述构造设计特征包括图纸设计框架、设计尺寸。
作为本发明的进一步方案：所述S602中，在新建渲染任务中，通过系统扫描审核及人工审核的方式对渲染任务进行判断，判断渲染纹理任务是否为第二指令发出新建渲染清单对应的共享纹理任务，根据渲染要求进行修正，若无需修正或替换更改则快速切入任务进程。
本发明的有益效果在于：
1、本发明通过获取建筑设计构造的户型图进行模拟渲染，生成对应的3D模型场景，为每个3D模型配置对应的建筑图纸设计特征信息，对建筑图纸设计的二维构造与3D模型进行切换，通过获取的BRDF参数对图形进行分层创建渲染区域，根据图形三维体素的折射方向及距离进行分层划分，并且将多个层区域进行组合，选择性调控各个层区域同步渲染、间隙渲染及排序渲染，通过实时获取特征参数进行动态绘制，实现得到的渲染结果与实物在物理空间中的真实形态对应，提高渲染效果的真实性，同时通过对渲染区域的分层设计并且进行动态渲染，使可通过对图形的不同角度调整获取实时渲染数据特征，无需重新对整体图形进行渲染，实现通过获取的相关的动态参数进行实时渲染的目的，保证渲染时的流畅交互体验；
2、本发明通过在模拟渲染监督过程中，确定渲染位表、访问队列、更新队列以及预测队列，以便进行合理的有效的数据调度操作，S3中储存的离线模拟渲染参数与S6中实时渲染参数进行关联匹配，通过差异化计算的方式得出各特征信息数据差，得到最优渲染参数，根据数据差来更新模拟渲染数据库，提供最优渲染匹配策略，辅助提高其渲染的识别精度和准确性。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：
本发明提供一种技术方案：一种建筑图纸设计效果实时渲染方法，包括以下步骤：
S1、首先建立建筑图纸设计特征模型，建筑图纸设计特征模型包括设计背景信息、图纸渲染信息和构造设计信息，根据建筑图纸数据库对设计特征信息进行归纳储存，形成建筑图纸特征信息参照面板；
S2、实时获取建筑图纸设计的信息数据，并且对获取的数据进行整合分析，建立监督数据库，实时监督动态储存的数据整合和清洗分析后的绘图数据信息，获取的数据信息可通过RestCloud工具完成数据整合和清洗分析；
S3、获取建筑设计构造的户型图进行模拟渲染，生成对应的3D模型场景，为每个3D模型配置对应的建筑图纸设计特征信息，对建筑图纸设计的二维构造与3D模型进行切换，将渲染数据存储于数据库中；
S4、获取二维构造与3D模型的特征数据信息，包含图纸的颜色、构造、贴图、粗糙度、光线参数、环境参数和设计尺寸信息，采用Photomyne扫描软件对目标图纸进行高分辨率的三维断层扫描，获得扫描点的方向信息以及密度ρ信息，最终获取BRDF参数，通过三维体素的形式体现并且以{x，y，z，ρ}形式存储；
S5、通过获取的BRDF参数对图形进行分层创建渲染区域，根据图形三维体素的折射方向及距离进行分层划分，并且将多个层区域进行组合，满足一体式图形渲染要求；
S6、通过多个层区域进行组合后形成整体渲染指令并且进行图形渲染，可选择性调控各个层区域同步渲染、间隙渲染及排序渲染；
S7、通过S3中储存的离线模拟渲染参数与S6中实时渲染参数进行关联匹配，通过差异化计算的方式得出各特征信息数据差，得到最优渲染参数，根据数据差来更新模拟渲染数据库，提供最优渲染匹配策略。
建筑图纸设计特征模型的建立步骤如下：
a、采集或自行录入建筑图纸的各项设计背景信息、图纸渲染信息和构造设计信息，形成图纸特征信息向量为基础储存的数据信息，最终得到建筑图纸设计特征模型；
b、建筑图纸设计特征模型＝{MA、MB、MC}，MA表示设计背景特征，MB表示图纸渲染特征，MC表示构造设计特征。
S3中模拟渲染步骤如下；
S301：在进行模拟渲染的过程中，将层区域渲染及渲染进程数据加载至监督数据库中，继而将其上传到列表显示数据栏，最终展现渲染出期望的结果；
S302：在模拟渲染监督过程中，确定渲染位表、访问队列、更新队列以及预测队列，以便进行合理的有效的数据调度操作。
S6中图形渲染的方式如下；
S601、在实时对建筑图纸进行渲染进程中，通过建筑图纸设计特征模型获取的特征数据信息以及打开指令创建渲染子进程，并生成第一指令发送至渲染子进程，渲染窗口运行界面；
S602、在通过第一指令结束后，加载建筑图纸设计特征模型中与实时图纸设计对应的特征信息，生成第二指令并且创建渲染纹理指令，由第二指令发出新建渲染任务，并且生成图纸设计的渲染线程。
S1中，设计背景特征包括图纸设计类型、设计材料属性；图纸渲染特征包括填充颜色、贴图信息、粗糙度、光照参数信息、环境参数信息；构造设计特征包括图纸设计框架、设计尺寸。
S602中，在新建渲染任务中，通过系统扫描审核及人工审核的方式对渲染任务进行判断，判断渲染纹理任务是否为第二指令发出新建渲染清单对应的共享纹理任务，根据渲染要求进行修正，若无需修正或替换更改则快速切入任务进程。
综上可知，本发明：
通过获取建筑设计构造的户型图进行模拟渲染，生成对应的3D模型场景，为每个3D模型配置对应的建筑图纸设计特征信息，对建筑图纸设计的二维构造与3D模型进行切换，通过获取的BRDF参数对图形进行分层创建渲染区域，根据图形三维体素的折射方向及距离进行分层划分，并且将多个层区域进行组合，选择性调控各个层区域同步渲染、间隙渲染及排序渲染，通过实时获取特征参数进行动态绘制，实现得到的渲染结果与实物在物理空间中的真实形态对应，提高渲染效果的真实性，同时通过对渲染区域的分层设计并且进行动态渲染，使可通过对图形的不同角度调整获取实时渲染数据特征，无需重新对整体图形进行渲染，实现通过获取的相关的动态参数进行实时渲染的目的，保证渲染时的流畅交互体验。
通过在模拟渲染监督过程中，确定渲染位表、访问队列、更新队列以及预测队列，以便进行合理的有效的数据调度操作，S3中储存的离线模拟渲染参数与S6中实时渲染参数进行关联匹配，通过差异化计算的方式得出各特征信息数据差，得到最优渲染参数，根据数据差来更新模拟渲染数据库，提供最优渲染匹配策略，辅助提高其渲染的识别精度和准确性。
最后应说明的几点是：虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明的基础上，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种建筑图纸设计效果实时渲染方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、首先建立建筑图纸设计特征模型，建筑图纸设计特征模型包括设计背景信息、图纸渲染信息和构造设计信息，根据建筑图纸数据库对设计特征信息进行归纳储存，形成建筑图纸特征信息参照面板；
S2、实时获取建筑图纸设计的信息数据，并且对获取的数据进行整合分析，建立监督数据库，实时监督动态储存的数据整合和清洗分析后的绘图数据信息，获取的数据信息可通过RestCloud工具完成数据整合和清洗分析；
S3、获取建筑设计构造的户型图进行模拟渲染，生成对应的3D模型场景，为每个3D模型配置对应的建筑图纸设计特征信息，对建筑图纸设计的二维构造与3D模型进行切换，将渲染数据存储于数据库中；
S4、获取二维构造与3D模型的特征数据信息，包含图纸的颜色、构造、贴图、粗糙度、光线参数、环境参数和设计尺寸信息，采用Photomyne扫描软件对目标图纸进行高分辨率的三维断层扫描，获得扫描点的方向信息以及密度ρ信息，最终获取BRDF参数，通过三维体素的形式体现并且以{x，y，z，ρ}形式存储；
S5、通过获取的BRDF参数对图形进行分层创建渲染区域，根据图形三维体素的折射方向及距离进行分层划分，并且将多个层区域进行组合，满足一体式图形渲染要求；
S6、通过多个层区域进行组合后形成整体渲染指令并且进行图形渲染，可选择性调控各个层区域同步渲染、间隙渲染及排序渲染；
S7、通过S3中储存的离线模拟渲染参数与S6中实时渲染参数进行关联匹配，通过差异化计算的方式得出各特征信息数据差，得到最优渲染参数，根据数据差来更新模拟渲染数据库，提供最优渲染匹配策略。
2.根据权利要求1所述的一种建筑图纸设计效果实时渲染方法，其特征在于：所述建筑图纸设计特征模型的建立步骤如下：
a、采集或自行录入建筑图纸的各项设计背景信息、图纸渲染信息和构造设计信息，形成图纸特征信息向量为基础储存的数据信息，最终得到建筑图纸设计特征模型；
b、建筑图纸设计特征模型＝{MA、MB、MC}，所述MA表示设计背景特征，所述MB表示图纸渲染特征，所述MC表示构造设计特征。
3.根据权利要求1所述的一种建筑图纸设计效果实时渲染方法，其特征在于：所述S3中模拟渲染步骤如下；
S301：在进行模拟渲染的过程中，将层区域渲染及渲染进程数据加载至监督数据库中，继而将其上传到列表显示数据栏，最终展现渲染出期望的结果；
S302：在模拟渲染监督过程中，确定渲染位表、访问队列、更新队列以及预测队列，以便进行合理的有效的数据调度操作。
4.根据权利要求1所述的一种建筑图纸设计效果实时渲染方法，其特征在于：所述S6中图形渲染的方式如下；
S601、在实时对建筑图纸进行渲染进程中，通过建筑图纸设计特征模型获取的特征数据信息以及打开指令创建渲染子进程，并生成第一指令发送至渲染子进程，渲染窗口运行界面；
S602、在通过第一指令结束后，加载建筑图纸设计特征模型中与实时图纸设计对应的特征信息，生成第二指令并且创建渲染纹理指令，由第二指令发出新建渲染任务，并且生成图纸设计的渲染线程。
5.根据权利要求1所述的一种建筑图纸设计效果实时渲染方法，其特征在于：所述S1中，所述设计背景特征包括图纸设计类型、设计材料属性；所述图纸渲染特征包括填充颜色、贴图信息、粗糙度、光照参数信息、环境参数信息；所述构造设计特征包括图纸设计框架、设计尺寸。
6.根据权利要求1所述的一种建筑图纸设计效果实时渲染方法，其特征在于：所述S602中，在新建渲染任务中，通过系统扫描审核及人工审核的方式对渲染任务进行判断，判断渲染纹理任务是否为第二指令发出新建渲染清单对应的共享纹理任务，根据渲染要求进行修正，若无需修正或替换更改则快速切入任务进程。
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