CN114596400B - 一种基于三维引擎批量生成法线贴图的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于三维引擎批量生成法线贴图的方法，其特征在于，包括：S1、加载三维模型；S2、循环遍历纹理贴图并执行S3‑S9；S3、确定纹理贴图U方向的高度函数切线向量；S4、确定纹理贴图V方向的高度函数切线向量；S5、将V方向的切线向量与U方向的切线向量做叉积获得当前像素点表面法线向量；S6、法线向量的z分量乘以‑1；S7、将法线向量进行转换处理；S8、对法线效果进行渲染调整；S9、把渲染出来的法线贴图进行保存。本发明可以根据模型纹理贴图批量生成法线贴图，解决了需要专业模型制作人员手动为每一个模型制作法线贴图，以及无法根据模型场景实时调整法线贴图效果的问题。

Description

一种基于三维引擎批量生成法线贴图的方法
技术领域
本发明涉及三维可视化技术领域，特别涉及一种基于三维引擎批量生成法线贴图的方法。
背景技术
在三维虚拟仿真项目中，为了保证三维场景的真实感，在制作三维模型时通常需要为每一个三维模型创建法线贴图。法线贴图能够使得三维模型表面拥有光影分布的渲染效果，降低物体渲染时需要的面数和计算内容，从而优化动画和游戏的表达效果。
对于法线贴图，目前的做法是由专业的三维模型制作人员单独选择每一个三维模型进行创建法线贴图。在这种情况下，三维模型纹理一旦发生修改，则需要重新生成法线贴图然后导入到三维引擎中，显然这种法线贴图的创建效率低下，造成程序员工作量的增加，而且不能一人独自完成法线贴图的制作和调整，通常需要程序员与模型制作人员相互协作才能完成。
有鉴于此，实有必要提供一种新的技术方案以解决上述问题。
发明内容
本发明旨在提供一种基于三维引擎批量生成法线贴图的方法，该方法能够批量生成法线贴图，从而便于非专业三维模型制作人员在三维引擎中快速高效的制作模型法线贴图，并且可以在三维引擎中独自进行调整，进而提高三维虚拟仿真项目的开发效率。
为解决上述技术问题，本申请采用以下技术方案：
一种基于三维引擎批量生成法线贴图的方法，其特殊之处在于，包括如下步骤：
S1、加载三维模型并将其纹理贴图导入到三维引擎的文件夹中；
S2、循环遍历纹理文件夹中的每一张纹理贴图，并执行下述步骤S3-S9；
S3、确定纹理贴图U方向的高度函数切线向量；
S4、确定纹理贴图V方向的高度函数切线向量；
S5、将S4所得V方向的切线向量与S4所得U方向的切线向量做叉积，获得当前像素点表面的法线向量；
S6、将S5计算的法线向量的z分量乘以-1，使其变成切线空间下的法线；
S7、将步骤S6计算的法线向量根据公式fixed4 color = 法线向量* 0.5 + 0.5进行转换处理，然后进行渲染；
S8、通过调整步长缩放变量_DeltaScale、高度差比例变量_HeightScale对法线效果进行渲染调整；
S9、调用引擎的相关 API 把渲染出来的法线贴图进行保存。
进一步的，所述S3中，确定纹理贴图U方向的高度函数切线向量，具体包括：
S3-1、通过纹理贴图大小和步长缩放变量计算纹理贴图U方向的步长大小，公式为：U方向步长 = float2(_MainTex_TexelSize.x * _DeltaScale,0)；其中MainTexTexelSize代表纹理贴图的大小，保存着纹理大小相关的信息，是一个 float4 类型的值，具体为 (1 / width, 1 / height, width, height)；_DeltaScale是由人为设定调整的步长缩放变量，用以控制法线生成的精确度；
S3-2、基于S3-1所得U方向步长，利用中心差分法获取当前像素两侧的像素RGB；
S3-3、基于S3-2获取到的当前像素两侧的像素RGB，利用基于人眼感知的灰度值提取公式计算出当前像素两侧的高度值；
所述基于人眼感知的灰度值提取公式，是把RGB三个颜色分量做一个加权平均（color.r * 0.2126 + color.g * 0.7152 + color.b * 0.0722），提取出灰度值作为法线贴图的高度值；
S3-4、基于S3-1所得步长、S3-3所得当前像素两侧的高度值以及高度差比例变量，确定纹理贴图U方向的高度函数切线向量，公式为：U方向的高度函数切线向量= float3(纹理贴图U方向步长.x, 0, _HeightScale *当前像素两侧的高度值之差)，_HeightScale是由人为设定调整的高度差比例变量。
进一步的，所述S4中，确定纹理贴图V方向的高度函数切线向量，具体包括：
S4-1、通过纹理贴图大小和步长缩放变量计算纹理贴图V方向的步长大小，公式为：V方向步长 = float2(0,_MainTex_TexelSize.y * _DeltaScale)；其中，MainTexTexelSize代表纹理贴图的大小，保存着纹理大小相关的信息，是一个 float4 类型的值，具体为 (1 / width, 1 / height, width, height)；_DeltaScale是由人为设定调整的步长缩放变量，用以控制法线生成的精确度；
S4-2、基于S4-1所得V方向步长，利用中心差分法获取当前像素两侧的像素RGB；
S4-3、基于S4-2获取到的当前像素两侧的像素RGB，利用基于人眼感知的灰度值提取公式计算出当前像素两侧的高度值；
所述基于人眼感知的灰度值提取公式，是把RGB三个颜色分量做一个加权平均（color.r * 0.2126 + color.g * 0.7152 + color.b * 0.0722），提取出灰度值作为法线贴图的高度值；
S4-4、根据S4-1所得步长、S4-3所得当前像素两侧的高度值以及高度差比例变量，确定纹理贴图V方向的高度函数切线向量，公式为：V方向的高度函数切线向量= float3(0,纹理贴图V方向步长.y, _HeightScale *当前像素两侧的高度值之差) ，_HeightScale是由人为设定调整的高度差比例变量。
本发明的一种基于三维引擎批量生成法线贴图的方法，能够使非专业三维模型制作人员在三维引擎中快速高效的制作模型法线贴图，并可以在三维引擎中根据场景环境进行调整，使模型到达最优的显示效果，进而提高三维虚拟仿真项目开发效率，同时可以批量根据模型纹理贴图制作出法线贴图，解决了需要专业模型制作人员手动为每一个模型制作法线贴图，以及无法根据模型场景实时调整法线贴图效果的问题。
具体实施方式
以下将通过实施例的方式对本发明的具体技术方案进行清楚、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。
实施例
下面将通过实施例对本发明的具体技术方案进行清楚、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。
一种基于三维引擎批量生成法线贴图的方法，包括如下步骤：
S1、加载三维模型并将其纹理贴图导入到三维引擎的文件夹中，所述三维引擎为Unity引擎。
S2、循环遍历纹理文件夹中的每一张纹理贴图，并执行下述步骤S3-S9。
S3、确定纹理贴图U方向的高度函数切线向量
S3-1、通过纹理贴图大小和步长缩放变量计算纹理贴图U方向的步长大小，公式为：U方向步长 = float2(_MainTex_TexelSize.x * _DeltaScale,0)；其中MainTexTexelSize代表纹理贴图的大小，保存着纹理大小相关的信息，是一个 float4 类型的值，具体为 (1 / width, 1 / height, width, height)；_DeltaScale是由人为设定调整的步长缩放变量，用以控制法线生成的精确度。
S3-2、基于S3-1所得U方向步长，利用中心差分法获取当前像素两侧的像素RGB。
S3-3、基于S3-2获取到的当前像素两侧的像素RGB，利用基于人眼感知的灰度值提取公式计算出当前像素两侧的高度值。
所述基于人眼感知的灰度值提取公式，是把RGB三个颜色分量做一个加权平均（color.r * 0.2126 + color.g * 0.7152 + color.b * 0.0722），提取出灰度值作为法线贴图的高度值。
S3-4、基于S3-1所得步长、S3-3所得当前像素两侧的高度值以及高度差比例变量，确定纹理贴图U方向的高度函数切线向量，公式为：U方向的高度函数切线向量= float3(纹理贴图U方向步长.x, 0, _HeightScale *当前像素两侧的高度值之差)，_HeightScale是由人为设定调整的高度差比例变量。
S4、确定纹理贴图V方向的高度函数切线向量
S4-1、通过纹理贴图大小和步长缩放变量计算纹理贴图V方向的步长大小，公式为：V方向步长 = float2(0,_MainTex_TexelSize.y * _DeltaScale)；其中，MainTexTexelSize代表纹理贴图的大小，保存着纹理大小相关的信息，是一个 float4 类型的值，具体为 (1 / width, 1 / height, width, height)；_DeltaScale是由人为设定调整的步长缩放变量，用以控制法线生成的精确度。
S4-2、基于S4-1所得V方向步长，利用中心差分法获取当前像素两侧的像素RGB。
S4-3、基于S4-2获取到的当前像素两侧的像素RGB，利用基于人眼感知的灰度值提取公式计算出当前像素两侧的高度值。
所述基于人眼感知的灰度值提取公式，是把RGB三个颜色分量做一个加权平均（color.r * 0.2126 + color.g * 0.7152 + color.b * 0.0722），提取出灰度值作为法线贴图的高度值。
S4-4、根据S4-1所得步长、S4-3所得当前像素两侧的高度值以及高度差比例变量，确定纹理贴图V方向的高度函数切线向量，公式为：V方向的高度函数切线向量= float3(0,纹理贴图V方向步长.y, _HeightScale *当前像素两侧的高度值之差) ，_HeightScale是由人为设定调整的高度差比例变量。
S5、将S3所得U方向的切线向量与S4所得V方向的切线向量做叉积，获得当前像素点表面的法线向量。
S6、由于叉积的顺序，S3-S5计算出来的法线向量的z分量是朝向 -z 轴的，因此需将S5计算的法线向量的z分量乘以-1，使其变成切线空间下的法线。
S7、将经S6处理后的法线向量根据公式fixed4 color = 法线向量* 0.5 + 0.5进行转换处理，然后进行渲染。
S8、通过调整步长缩放变量_DeltaScale、高度差比例变量_HeightScale对法线效果进行渲染调整。
S9、调用引擎的相关 API 把渲染出来的法线贴图进行保存。
本实施例的方法能够使非专业三维模型制作人员在三维引擎中快速高效的制作模型法线贴图，并可以在三维引擎中根据场景环境进行调整，使模型到达最优的显示效果，进而提高三维虚拟仿真项目开发效率，同时可以批量根据模型纹理贴图制作出法线贴图，解决了需要专业模型制作人员手动为每一个模型制作法线贴图，以及无法根据模型场景实时调整法线贴图效果的问题。

Claims (2)

1.一种基于三维引擎批量生成法线贴图的方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、加载三维模型并将其纹理贴图导入到三维引擎的文件夹中；
S2、循环遍历纹理文件夹中的每一张纹理贴图，并执行下述步骤S3-S9；
S3、确定纹理贴图U方向的高度函数切线向量；
S4、确定纹理贴图V方向的高度函数切线向量；
S5、将S4所得V方向的切线向量与S4所得U方向的切线向量做叉积，获得当前像素点表面的法线向量；
S6、将S5计算的法线向量的z分量乘以-1，使其变成切线空间下的法线；
S7、将步骤S6计算的法线根据公式fixed4 color = 法线向量* 0.5 + 0.5进行转换处理，然后进行渲染；
S8、通过调整步长缩放变量_DeltaScale、高度差比例变量_HeightScale对法线效果进行渲染调整；
S9、调用引擎的相关 API 把渲染出来的法线贴图进行保存；
所述S3具体包括：
S3-1、通过纹理贴图大小和步长缩放变量计算纹理贴图U方向的步长大小，公式为：U方向步长 = float2(_MainTex_TexelSize.x * _DeltaScale,0)；其中MainTexTexelSize代表纹理贴图的大小，保存着纹理大小相关的信息，是一个 float4 类型的值，具体为(1 /width, 1 / height, width, height)；_DeltaScale是由人为设定调整的步长缩放变量，用以控制法线生成的精确度；
S3-2、基于S3-1所得U方向步长，利用中心差分法获取当前像素两侧的像素RGB；
S3-3、基于S3-2获取到的当前像素两侧的像素RGB，利用基于人眼感知的灰度值提取公式计算出当前像素两侧的高度值；
S3-4、基于S3-1所得步长、S3-3所得当前像素两侧的高度值以及高度差比例变量，确定纹理贴图U方向的高度函数切线向量，公式为：U方向的高度函数切线向量= float3(纹理贴图U方向步长.x, 0, _HeightScale *当前像素两侧的高度值之差)，_HeightScale是由人为设定调整的高度差比例变量；
所述S4具体包括：
S4-1、通过纹理贴图大小和步长缩放变量计算纹理贴图V方向的步长大小，公式为：V方向步长 = float2(0,_MainTex_TexelSize.y * _DeltaScale)；其中，MainTexTexelSize代表纹理贴图的大小，保存着纹理大小相关的信息，是一个 float4 类型的值，具体为 (1 /width, 1 / height, width, height)；_DeltaScale是由人为设定调整的步长缩放变量，用以控制法线生成的精确度；
S4-2、基于S4-1所得V方向步长，利用中心差分法获取当前像素两侧的像素RGB；
S4-3、基于S4-2获取到的当前像素两侧的像素RGB，利用基于人眼感知的灰度值提取公式计算出当前像素两侧的高度值；
S4-4、根据S4-1所得步长、S4-3所得当前像素两侧的高度值以及高度差比例变量，确定纹理贴图V方向的高度函数切线向量，公式为：V方向的高度函数切线向量= float3(0, 纹理贴图V方向步长.y, _HeightScale *当前像素两侧的高度值之差)，_HeightScale是由人为设定调整的高度差比例变量。
2.如权利要求1所述的一种基于三维引擎批量生成法线贴图的方法，其特征在于，
所述基于人眼感知的灰度值提取公式，是把RGB三个颜色分量做一个加权平均color.r* 0.2126 + color.g * 0.7152 + color.b * 0.0722，提取出灰度值作为法线贴图的高度值。
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