CN115809240A - 基于即时3d引擎的千万级实例检索交互实现方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法及系统，在DCC(DigitalContentCreation,数字内容创造)软件中制作多个独立实例，实例数据独立存储；将多个实例合并为一个集合实例并导入3D引擎中，创建三维数据树；选取集合实例某一局部并读取其UV坐标，获取局部UV轴编号即为其在三维数据树中的XY值，根据局部的XY值读取局部在三维数据树中Z值所包含的实例数据。可应用于巨量实例的数据检索定位，直接在3维数据树中精准定位数据位置，高效读取数据；交互反馈方面将CPU负载转移到算力更加强大的GPU上，可以让更多的CPU资源执行复杂的逻辑任务。

Description

基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法及系统

技术领域

本发明涉及数字内容创作技术领域，具体涉及一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法及系统。

背景技术

目前大多数实例信息实时交互查询的解决方案是基于实例为独立个体，分别放置并渲染多个独立个体进行分别查询，采用射线碰撞算法来区分所交互实例的独立个体的ID(Identity document，唯一编码)或名称，再通过此ID或名称为必经路径来进入下一级信息块，从而获取与此交互中的独立个体的相关信息。目前的独立个体解决方案无法支持大量实例，因为每次实例渲染需要通过CPU(central processing unit，中央处理器)处理实例的渲染信息，并将信息从内存提取至显存，以便GPU(graphics processing unit，图形处理器)进行渲染计算。由于屏幕画面每一帧都要进行一次这个过程，而程序稳定运行的最低标准是每秒钟30帧，所以CPU的提交次数越少，总体性能越好，程序运行越稳定。经实测目前的硬件条件下提交次数逼近一万就足以造成严重的性能影响。

在文字信息界面，欲生成与实例对应的文字列表，需遍历所有实例，将实例的实例名称写入至列表，查询时需根据列表中的名称，遍历所有实例名称的每一个字符，直至寻找到完全符合名称的实例。在文字信息界面，若想查询列表中实例的具体信息，需要对已存在的实例名称按步骤顺序逐字符遍历，对照判断与列表中的名称。此过程的时间复杂度为O(f(n))，实例越多，处理步骤越多，遍历过程就越耗时。

发明内容

为此，本发明提供一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法及系统，以解决现有实例信息实时交互查询存在的无法满足巨量实例检索需求、信息查询耗时较多的问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，提出了一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法，所述方法包括：

制作多个独立实例，各独立实例的实例数据对应地进行独立存储；

将多个所述独立实例按顺序编制在UV坐标系中，获取编制后的每个实例的UV坐标数据同时记录UV轴编号，并将多个实例合并为一个集合实例；

将所述集合实例及实例数据导入至3D引擎中，显示集合实例，并创建与所述集合实例对应的三维数据树，所述三维数据树中X轴对应各实例的U轴编号，Y轴对应各实例的V轴编号，Z轴对应各实例的实例数据；

选取所述集合实例中的某一局部并读取其UV坐标，根据所述局部的UV坐标获取局部的UV轴编号，所述局部的UV轴编号即为其在三维数据树中的XY值，根据局部的XY值读取所述局部在三维数据树中Z值所包含的实例数据。

进一步地，制作多个独立实例，各独立实例的实例数据对应地进行独立存储，具体包括：

在DCC软件中制作多个原始实例，各实例均使用独立数据并成为独立实例；

将各独立实例的实例数据在软件外部按照预设形式进行存储，并按照预设对应方式与各实例一一对应。

进一步地，将多个所述独立实例按顺序编制在UV坐标系中，获取编制后的每个实例的UV坐标数据同时记录UV轴编号，并将多个实例合并为一个集合实例，具体包括：

根据实例数量设置符合二进制制式的数字预留容量，根据预留容量计算单位跨度值；

依照各独立实例的先后顺序，以跨度值为单位将各实例编制在UV坐标二维空间内，U、V取值均是介于0-1之间的浮点数，获取各实例的U轴编号和V轴编号，并根据各实例的UV轴编号以及跨度值计算各实例的UV坐标，将每个实例的UV坐标数据由原始默认值修改为编制后的UV坐标值；

将多个实例合并为集合实例，并将各实例的UV轴编号、实例数据按顺序生成数据文件并导出。

进一步地，选取所述集合实例中的某一局部并读取其UV坐标，根据所述局部的UV坐标获取局部的UV轴编号，具体包括：

通过3D引擎的射线检测功能读取所述集合实例中某一局部的UV坐标；

根据所述UV坐标以及跨度值分别计算得到局部的UV轴编号。

进一步地，所述方法还包括：

将所述局部的UV坐标作为参数传给图形着色器，GPU通过计算获取局部位置，并对所述局部进行特殊显示，实现交互反馈。

进一步地，所述方法还包括：

对所述DCC软件进行二次开发，使其具有读取外部实例数据/修改实例UV/合并实例/导出数据的功能。

根据本发明实施例的第二方面，提出了一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现系统，所述系统包括：

DCC模块，用于制作多个独立实例，各独立实例的实例数据对应地进行独立存储；

将多个所述独立实例按顺序编制在UV坐标系中，获取编制后的每个实例的UV坐标数据同时记录UV轴编号，并将多个实例合并为一个集合实例；

3D引擎模块，用于将所述集合实例及实例数据导入至3D引擎中，显示集合实例，并创建与所述集合实例对应的三维数据树，所述三维数据树中X轴对应各实例的U轴编号，Y轴对应各实例的V轴编号，Z轴对应各实例的实例数据；

选取所述集合实例中的某一局部并读取其UV坐标，根据所述局部的UV坐标获取局部的UV轴编号，所述局部的UV轴编号即为其在三维数据树中的XY值，根据局部的XY值读取所述局部在三维数据树中Z值所包含的实例数据。

根据本发明实施例的第三方面，提出了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于被一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现系统执行如上任一项所述的方法。

本发明具有如下优点：

本发明提出的一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法及系统，制作多个独立实例，各独立实例的实例数据对应地进行独立存储；将多个所述独立实例按顺序编制在UV坐标系中，获取编制后的每个实例的UV坐标数据同时记录UV轴编号，并将多个实例合并为一个集合实例；将所述集合实例及实例数据导入至3D引擎中，显示集合实例，并创建与所述集合实例对应的三维数据树，所述三维数据树中X轴对应各实例的U轴编号，Y轴对应各实例的V轴编号，Z轴对应各实例的实例数据；选取所述集合实例中的某一局部并读取其UV坐标，根据所述局部的UV坐标获取局部的UV轴编号，所述局部的UV轴编号即为其在三维数据树中的XY值，根据局部的XY值读取所述局部在三维数据树中Z值所包含的实例数据。在完全保留原方案功能和可拓展性的基础上，可大幅增加实例上限，可以应用于巨量实例的功能需求，在数据检索定位过程中，避免了使用遍历的方式逐个排查，直接在3维数据树中精准定位数据位置，高效读取数据；交互反馈方面将CPU负载转移到算力更加强大的GPU上，可以让更多的CPU资源执行复杂的逻辑任务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对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，下面描述中的附图仅仅是示例性的，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，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

图1为本发明实施例1提供的一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法的流程示意图；

图2为本发明实施例1提供的一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法的详细实施流程图；

图3为本发明实施例1提供的一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法的效果展示图。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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1

本实施例提出了一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法，为保留实例之间的独立性，同时降低独立实例的CPU提交次数，需要将各个独立实例合并至一个集合实例，同时将实例的额外信息脱离实例本体存储在外部。集合实例本质上等同于一个独立实例，不同之处在集合实例是经过了DCC(Digital Content Creation,数字内容创造)软件的编制处理后合并的，编制时将各局部与外部储存的信息进行索引，其中利用了实例在3D引擎中的必要属性:“UVmap”(平面二维坐标映射，U与V代表二维空间轴向，意义同XYZ)独立实例合并后通过编制，制成集合实例，集合实例UV属性保留了合并之前的独立性，使得在即时3D引擎中可以通过提取集合实例中局部的UV属性的值来区分出该局部的实例信息，其效果等同于在集合实例中提取出独立实例。

如图1所示，该方法具体包括：

S100、制作多个独立实例，各独立实例的实例数据对应地进行独立存储。

(1)在DCC软件中制作原始实例，各个实例均使用独立数据，使其为独立实例。

在DCC中实例是由数据构成，多个实例可以共享一套数据。独立数据即不共享数据的实例。此处的数据单指构成实例的数据，如模型类实例的点线面构成，内存位置，UV信息等。

(2)将实例的额外信息以任意形式储存在外部，外部数据需事先与实例对应。

额外信息指与DCC无关的数据，比如其命名，所属类别，应用方式，操作说明等任何能记录的内容，储存在外部后即为外部数据。

外部数据与实例对应的方式有多种，比如依照名称对应，依照名称排序对应，依照空间位置排序对应，总而言之是用各种可行手段将外部数据与实例一一对应。

外部数据可能不只是列表形式，也可能以树状图，2维表格等形式呈现，这就需要额外的逻辑去一一对应。

(3)二次开发DCC软件，使其具有读取外部数据/修改实例UV/合并实例/导出数据的功能。

1)二次开发DCC软件可以使用多种方法，以Blender为例，其使用Python语言进行二次开发。

2)读取外部数据可以使用Python内置的CSV读写模块，将外部CSV数据以数组形式写入内存。

3)主流的编程语言例如C#，C++，Java，JavaScript都支持CSV文件的读取和写入。

4)修改实例基于DCC软件的自身API(应用程序编程接口)不同，方式也不尽相同。

以Blender为例，在Python中调用：

bpy.context.active_object.data.uv_layers.data[index].uv

即可修改当前active_object下已激活UV层的第index位“loop”中的uv数据。“loop”是一条数据串。

5)导出数据同样使用编程语言自带的CSV模块，将数据信息写入至外部CSV文件。

S200、将多个所述独立实例按顺序编制在UV坐标系中，获取编制后的每个实例的UV坐标数据同时记录UV轴编号，并将多个实例合并为一个集合实例。

具体的：

1)依照实例数量设置32/64/128/2048/4096等符合二进制制式的数字预留容量，目标容量值为数字的平方。

数量设置主要是为优化考虑，小数量的需求可以使用小的预留容量以优化性能，假如需要1000个实例，那么预留32即可，需要10000000个实例则需要预留4096。

因为此处需要涉及GPU计算，所以对数字要求比较严格，必须符合2的n次2次方，其中32并不是最低值，取决于3d引擎的支持性，4096也不是最高值，取决于CPU的性能和GPU支持的最大容量。

2)假设设置容量为128的平方，则求1/128作为值之间的跨度，因为UV属性是介于0-1之间的浮点数。

3)依照各独立实例的先后顺序，以跨度值为单位将实例的UV数据平铺在UV两轴均在0-1之间的空间内。

UV信息的每个维度是从0到1区间内的浮点数值，跨度值即为当前最大容量下均匀铺满此2维空间的最小间距，计算方式为1/容量。

以容量为128为例，跨度值为1/128＝0.0078125，考虑到编写Shader时的便利性和性能优化，UV最终的各维度值应该减去1/2的跨度值，即为0.0078125-0.00390625.

4)读取各实例对应的外部数据，计算此实例的UV整数编号(假设从1-128，编号U＝5，编号V＝127，说明此实例是第128*5+127＝767个被编制的，实例上的UV数据为U＝(1/128*5)-(1/128/2),V＝(1/128*127)-(1/128/2))，在即将导出的数据的第767行写入UV数据，UV编号，外部数据，以及其他需要的数据(例如空间坐标，实例大小，层级关系，实例名称等)

5)所有实例处理完成后，合并所有实例为集合实例，连同需要导出的数据一同导出。合并实例同样也是DCC软件的操作，属于基础功能，以Blender为例，在Python中调用bpy.ops.object.join()即可完成合并。

S300、将所述集合实例及实例数据导入至3D引擎中，显示集合实例，并创建与所述集合实例对应的三维数据树，所述三维数据树中X轴对应各实例的U轴编号，Y轴对应各实例的V轴编号，Z轴对应各实例的实例数据。

S400、选取所述集合实例中的某一局部并读取其UV坐标，根据所述局部的UV坐标获取局部的UV轴编号，所述局部的UV轴编号即为其在三维数据树中的XY值，根据局部的XY值读取所述局部在三维数据树中Z值所包含的实例数据。

具体的：

1、将处理好的文件放置在3D引擎资源目录中。

2、开发3D引擎程序，按以下步骤处理准备好的数据：

1)整理导入的2维数据转换为3维数据以便快速读取在(3维数据中X维度为UV编号U，Y维度为UV编号V)Z维度内储存的外部数据。

2)用射线检测读取集合实例某一局部的UV数据，将此数据计算成UV编号。

射线检测为3D引擎的基础功能，在确认射线向量后，一般通过建立当前3维空间的BVH(Bounding Volume Hierachies，层次包围体)来快速判断相交实例，获取该实例后立即调用底层指令求射线与该实例相交的实际位置，此位置指向一些物理内存位置(通常为3个)，里面存储着各种此实例的局部信息，包括UV信息，通过插值求相交位置的具体UV坐标，将数值转存至内存中与此射线相关的特定内存位置。

实例经过合并，就像被焊接成一体，但实例内的坐标数据没有变，可通过坐标区分实例的局部区域。

3)编写Shader(图形着色器)，将UV数据传入Shader，让Shader使用集合实例的UV属性来特殊处理局部表现，达到交互的目的。

UV本质上是一种坐标映射，用于将3维空间坐标映射成2维空间坐标，可以理解为衣服穿在身上是立体的，裁剪开平铺就是平面的，但是衣服上每个包边，图案都没有少，只是穿在身上时和平铺时的空间位置不同，可以通过一一对应的方式来相互映射。

特殊局部处理的方式及其多样，正是由于通过UV坐标取得了3维的位置，可以在此空间内做任何操作如高亮描边，变形，变色，半透明化等。

4)通过计算好的UV编号，读取3维数据中此UV编号所指向的数据块。此数据为当前交互实例的额外数据。

进一步的，利用额外数据和已实现的交互反馈，进行拓展功能的开发，比如设备列表下拉列表的开发，或者不用列表，以树状网状结构展示，或直接操控其他实例，或将信息收集至数据库以进行大数据分析，等等不胜枚举。

图2示出了本实施例的一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法的详细实施流程图，其中在对实例按顺序进行编制时还包括可选项：按照数据形式分配实例的父子层级，读取实例的父子层级关系，判断当前实例是否为子级实例，若是，则记录实例坐标、记录实例大小，并对编制序号加1，记录编号数据至实例，若不是子级实例，为父级实例，则记录所有子集平均坐标，计算所有子集总大小，并对编制序号加1，记录编号数据至实例。

图3示出了本实施例的一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法的效果展示图，在DCC中制作了多个实例，并以10²的预留容量为例将各实例编制在UV坐标系中，并导出编制后的集合实例的数据文件，将集合实例导入至3D引擎中显示，三维数据树中X\Y对应实例的UV编号数据，Z轴写入有实例数据，可直接在3维数据树中精准定位数据位置，高效读取数据。交互反馈方面将CPU负载转移到算力更加强大的GPU上，可以让更多的CPU资源执行复杂的逻辑任务。

实施例2

与上述实施例1相对应的，本实施例提出了一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现系统，所述系统包括：

DCC模块，用于制作多个独立实例，各独立实例的实例数据对应地进行独立存储；

将多个所述独立实例按顺序编制在UV坐标系中，获取编制后的每个实例的UV坐标数据同时记录UV轴编号，并将多个实例合并为一个集合实例；

3D引擎模块，用于将所述集合实例及实例数据导入至3D引擎中，显示集合实例，并创建与所述集合实例对应的三维数据树，所述三维数据树中X轴对应各实例的U轴编号，Y轴对应各实例的V轴编号，Z轴对应各实例的实例数据；

选取所述集合实例中的某一局部并读取其UV坐标，根据所述局部的UV坐标获取局部的UV轴编号，所述局部的UV轴编号即为其在三维数据树中的XY值，根据局部的XY值读取所述局部在三维数据树中Z值所包含的实例数据。

本发明实施例提供的一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现系统中各部件所执行的功能均已在上述实施例1中做了详细介绍，因此这里不做过多赘述。

实施例3

与上述实施例相对应的，本实施例提出了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于被一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现系统执行如上实施例1所述的方法。

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，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法，其特征在于，所述方法包括：

制作多个独立实例，各独立实例的实例数据对应地进行独立存储；

将多个所述独立实例按顺序编制在UV坐标系中，获取编制后的每个实例的UV坐标数据同时记录UV轴编号，并将多个实例合并为一个集合实例；

将所述集合实例及实例数据导入至3D引擎中，显示集合实例，并创建与所述集合实例对应的三维数据树，所述三维数据树中X轴对应各实例的U轴编号，Y轴对应各实例的V轴编号，Z轴对应各实例的实例数据；

选取所述集合实例中的某一局部并读取其UV坐标，根据所述局部的UV坐标获取局部的UV轴编号，所述局部的UV轴编号即为其在三维数据树中的XY值，根据局部的XY值读取所述局部在三维数据树中Z值所包含的实例数据。

2.根据权利要求1所述的一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法，其特征在于，制作多个独立实例，各独立实例的实例数据对应地进行独立存储，具体包括：

在DCC软件中制作多个原始实例，各实例均使用独立数据并成为独立实例；

将各独立实例的实例数据在软件外部按照预设形式进行存储，并按照预设对应方式与各实例一一对应。

3.根据权利要求1所述的一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法，其特征在于，将多个所述独立实例按顺序编制在UV坐标系中，获取编制后的每个实例的UV坐标数据同时记录UV轴编号，并将多个实例合并为一个集合实例，具体包括：

根据实例数量设置符合二进制制式的数字预留容量，根据预留容量计算单位跨度值；

依照各独立实例的先后顺序，以跨度值为单位将各实例编制在UV坐标二维空间内，U、V取值均是介于0-1之间的浮点数，获取各实例的U轴编号和V轴编号，并根据各实例的UV轴编号以及跨度值计算各实例的UV坐标，将每个实例的UV坐标数据由原始默认值修改为编制后的UV坐标值；

将多个实例合并为集合实例，并将各实例的UV轴编号、实例数据按顺序生成数据文件并导出。

4.根据权利要求1所述的一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法，其特征在于，选取所述集合实例中的某一局部并读取其UV坐标，根据所述局部的UV坐标获取局部的UV轴编号，具体包括：

通过3D引擎的射线检测功能读取所述集合实例中某一局部的UV坐标；

根据所述UV坐标以及跨度值分别计算得到局部的UV轴编号。

5.根据权利要求1所述的一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法，其特征在于，所述方法还包括：

将所述局部的UV坐标作为参数传给图形着色器，GPU通过计算获取局部位置，并对所述局部进行特殊显示，实现交互反馈。

6.根据权利要求2所述的一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现方法，其特征在于，所述方法还包括：

对所述DCC软件进行二次开发，使其具有读取外部实例数据/修改实例UV/合并实例/导出数据的功能。

7.一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现系统，其特征在于，所述系统包括：

DCC模块，用于制作多个独立实例，各独立实例的实例数据对应地进行独立存储；

将多个所述独立实例按顺序编制在UV坐标系中，获取编制后的每个实例的UV坐标数据同时记录UV轴编号，并将多个实例合并为一个集合实例；

3D引擎模块，用于将所述集合实例及实例数据导入至3D引擎中，显示集合实例，并创建与所述集合实例对应的三维数据树，所述三维数据树中X轴对应各实例的U轴编号，Y轴对应各实例的V轴编号，Z轴对应各实例的实例数据；

选取所述集合实例中的某一局部并读取其UV坐标，根据所述局部的UV坐标获取局部的UV轴编号，所述局部的UV轴编号即为其在三维数据树中的XY值，根据局部的XY值读取所述局部在三维数据树中Z值所包含的实例数据。

8.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质中包含一个或多个程序指令，所述一个或多个程序指令用于被一种基于即时3D引擎的千万级实例检索交互实现系统执行如权利要求1-6任一项所述的方法。

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