CN115880436A - 一种cad模型可见性确定方法、系统及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种CAD模型可见性确定方法、系统及电子设备，涉及三维模型渲染技术领域，确定当前相机视角下待渲染三维模型的最优LOD网格显示层；在最优LOD网格显示层对应颜色贴图中所有待渲染网格内均对应填入ID编号，对编码颜色贴图进行统计去重处理，得到去重编码颜色贴图；统计去重处理是由GPU执行的；根据编码去重颜色贴图，确定待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性；可见性是由CPU确定的。本发明基于ID编码和统计去重进行三维模型渲染，能够在子模型的可见性判断时减少CPU和GPU的数据交互次数，进而提高三维模型的渲染速度。
Description
技术领域
本发明涉及三维模型渲染技术领域，特别是涉及一种CAD模型可见性确定方法、系统及电子设备。
背景技术
为提高三维模型的渲染速度，通常需要对三维模型网格进行可见性剔除处理，对于三维模型不在相机视野范围内的部分或者被三维模型内三维子模型遮挡的部分不进行渲染。三维模型的可见性剔除处理常见方式有两种：视椎体剔除和图形遮挡查询接口查询。
视椎体剔除能够剔除相机镜头视野范围外的三维模型网格。但计算机辅助设计(CAD，ComputerAidedDesign)模型零部件较多，显示过程中大部分零件均处于视野空间范围内，所以常规的相机镜头视野范围外的剔除处理，并不能提高渲染性能，真正影响渲染性能的，是要过滤掉子模型零部件被遮挡的部分。通过图形遮挡查询接口能够查询当前绘制的三维子模型，是否存在像素绘制到屏幕空间对应的像素区域下。如果有像素绘制，则三维子模型可见，如果没有像素绘制，则三维子模型不可见。该方法存在的问题是每一个子模型的绘制，都需要调用一次图形处理器(GPU，GraphicsProcessing Unit)中的图形遮挡查询接口进行遮挡可见性判断，每进行一次遮挡可见性判断，都需要中央处理器(CPU，CentralProcessingUnit)和GPU进行一次数据交互，该交互需要的数据同步会耗费大量的时间。
发明内容
本发明的目的是提供一种CAD模型可见性确定方法、系统及电子设备，基于ID编码和统计去重进行三维模型渲染，能够在子模型的可见性判断时减少CPU和GPU的数据交互次数，进而提高三维模型的渲染速度。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种CAD模型可见性确定方法，包括：
对待渲染三维模型中全部子模型进行ID编号处理；不同子模型对应的ID编号不同；
获取当前相机视角；
确定当前相机视角下待渲染三维模型的最优LOD网格显示层；
确定最优LOD网格显示层中的待渲染网格；
确定每个所述待渲染网格的ID编号；
在最优LOD网格显示层对应颜色贴图中所有待渲染网格内均对应填入ID编号，得到编码颜色贴图；
对所述编码颜色贴图进行统计去重处理，得到去重编码颜色贴图；所述统计去重处理是由GPU执行的；
根据所述编码去重颜色贴图，确定待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性；所述可见性是由CPU确定的。
可选的，在根据所述编码去重颜色贴图，确定待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性之后，还包括：
根据待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性，对三维模型进行可见性剔除处理后进行渲染处理，得到当前相机视角下的待渲染三维模型的显示结果。
可选的，所述确定当前相机视角下待渲染三维模型的最优LOD网格显示层，包括：
确定当前相机视角下精细度最低的LOD网格显示层为最优LOD网格显示层；最优LOD网格显示层包含待渲染三维模型全部轮廓特征；当前相机视角下待渲染三维模型包括多个LOD网格显示层；不同LOD网格显示层的网格数量不同；所述LOD网格显示层按照网格精细度从低到高分别为Low层、Medium层、High层和Elabration层。
可选的，所述确定每个所述待渲染网格的ID编号，包括：
确定任一待渲染网格为当前待渲染网格；
确定当前待渲染网格对应的子模型为当前子模型；
确定当前子模型的ID编号为当前待渲染网格的ID编号。
可选的，在所述确定当前相机视角下待渲染三维模型的最优LOD网格显示层之后，还包括：
对所述最优LOD网格显示层进行网格简化处理。
可选的，对所述编码颜色贴图进行统计去重处理，得到去重编码颜色贴图，包括：
将所述编码颜色贴图划分为多个网格列；
判断当前网格列中是否存在待渲染网格，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果为否，则更新所述当前网格列，并返回步骤“判断当前网格列中是否存在待渲染网格，得到第一判断结果”；
若所述第一判断结果为是，则确定当前网格列中所有待渲染网格网格对应的ID编号；
根据对应待渲染网格自下而上的顺序，构建ID编号序列；
对所述ID编号序列进行去重处理，得到去重ID编号序列；
确定所述去重ID编号序列的元素数量；
将所述元素数量和所述去重ID编号序列作为当前网格列的索引数据，历遍所有网格列，得到去重编码颜色贴图。
可选的，所述根据所述编码去重颜色贴图，确定待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性，包括：
确定任一所述去重ID编号序列为当前去重ID编号序列；
确定任一子模型为当前子模型；
确定当前去重ID编号序列中是否存在当前子模型对应的ID编号，得到第二判断结果；
若第二判断结果为是，则判定当前子模型在当前相机视角下的网格列对应范围内可见。
一种CAD模型可见性确定系统，包括：
ID编号模块，用于对待渲染三维模型中全部子模型进行ID编号处理；不同子模型对应的ID编号不同；
当前相机视角获取模块，用于获取当前相机视角；
最优LOD网格显示层确定模块，用于确定当前相机视角下待渲染三维模型的最优LOD网格显示层；
待渲染网格确定模块，用于确定最优LOD网格显示层中的待渲染网格；
待渲染网格ID编号确定模块，用于确定每个所述待渲染网格的ID编号；
编码颜色贴图确定模块，用于在最优LOD网格显示层对应颜色贴图中所有待渲染网格内均对应填入ID编号，得到编码颜色贴图；
去重编码颜色贴图确定模块，用于对所述编码颜色贴图进行统计去重处理，得到去重编码颜色贴图；所述统计去重处理是由GPU执行的；
可见性确定模块，用于根据所述编码去重颜色贴图，确定待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性；所述可见性是由CPU确定的。
一种电子设备，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行所述的一种CAD模型可见性确定方法。
可选的，所述存储器为可读存储介质。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供了一种CAD模型可见性确定方法、系统及电子设备，对待渲染三维模型中全部子模型进行ID编号处理；不同子模型对应的ID编号不同；获取当前相机视角；确定当前相机视角下待渲染三维模型的最优LOD网格显示层；确定最优LOD网格显示层中的待渲染网格；待渲染网格显示有一个或多个子模型的整体或局部；确定每个待渲染网格的ID编号；在最优LOD网格显示层对应颜色贴图中所有待渲染网格内均对应填入ID编号，得到编码颜色贴图；对编码颜色贴图进行统计去重处理，得到去重编码颜色贴图；统计去重处理是由GPU执行的；根据编码去重颜色贴图，确定待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性；可见性是由CPU确定的。本发明基于ID编码和统计去重进行三维模型渲染，能够在子模型的可见性判断时减少CPU和GPU的数据交互次数，进而提高三维模型的渲染速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例1中CAD模型可见性确定方法流程图；
图2为本发明实施例1中网格简化处理示意图；
图3为本发明实施例1中子模型ID编号示意图；
图4为本发明实施例1中编码颜色贴图示意图；
图5为本发明实施例1中编码去重颜色贴图示意图.
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，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。
本发明的目的是提供一种CAD模型可见性确定方法、系统及电子设备，基于ID编码和统计去重进行三维模型渲染，能够在子模型的可见性判断时减少CPU和GPU的数据交互次数，进而提高三维模型的渲染速度。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1
如图1所示，本实施例提供了一种CAD模型可见性确定方法，包括：
步骤101：对待渲染三维模型中全部子模型进行ID编号处理；不同子模型对应的ID编号不同；合批3D网格数据，顶点数据格式定义为Position(网格点位置)+ID编号。以图3为例，合批后的网格顶点数据内容为：立方体每一个点对应的Position+ID编号+圆柱体每一个点对应的Position+ID编号+球体每一个点对应的Position+ID编号，该数据内容在GPU中以vec4(注4个浮点数组成)表示，Position的xyz值+ID编号。
步骤102：获取当前相机视角。
步骤103：确定当前相机视角下待渲染三维模型的最优LOD网格显示层。当前相机视角下待渲染三维模型多个LOD网格显示层中网格数量不同，例如待渲染三维模型原始网格数量2048个，网格显示层LOD1的网格数量为1024个；网格显示层LOD2网格数量为512个；网格显示层LOD3网格数量为256个；但该LOD网格显示层数量变化并不一定按照指数变化。
例如步骤103包括：确定当前相机视角下精细度最低的LOD网格显示层为最优LOD网格显示层；最优LOD网格显示层包含待渲染三维模型全部轮廓特征；当前相机视角下待渲染三维模型包括多个LOD网格显示层；不同LOD网格显示层的网格数量不同；所述LOD网格显示层为按照网格精细度从低到高分别为Low层、Medium层、High层和Elabration层。本实现中Lod定义4层，分别为Low(粗糙)、Medium(中等)、High(高质量)和Elabration(精细)，由于检测可见性不需要精细的网格，所以在程序中使用Low型的网格。
步骤104：确定最优LOD网格显示层中的待渲染网格；待渲染网格显示有一个或多个子模型的整体或局部。
步骤105：确定每个待渲染网格的ID编号。
例如步骤105：包括：
步骤1051：确定任一待渲染网格为当前待渲染网格.
步骤1052：确定当前待渲染网格对应的子模型为当前子模型。
步骤1053：确定当前子模型的ID编号为当前待渲染网格的ID编号。
步骤106：在最优LOD网格显示层对应颜色贴图中所有待渲染网格内均对应填入ID编号，得到编码颜色贴图，如图4所示。
步骤107：对编码颜色贴图进行统计去重处理，得到去重编码颜色贴图，如图5所示；统计去重处理是由GPU执行的。
步骤107包括：
步骤1071：将编码颜色贴图划分为多个网格列。
步骤1072：判断当前网格列中是否存在待渲染网格，得到第一判断结果；若第一判断结果为否，则执行步骤1073；若第一判断结果为是，则执行步骤1074。
步骤1073：更新当前网格列，并返回步骤1072；
步骤1074：确定当前网格列中所有待渲染网格网格对应的ID编号。
步骤1075：根据对应待渲染网格自下而上的顺序，构建ID编号序列。
步骤1076：对ID编号序列进行去重处理，得到去重ID编号序列。
步骤1077：确定去重ID编号序列的元素数量。
步骤1078：将元素数量和去重ID编号序列作为当前网格列的索引数据，历遍所有网格列，得到去重编码颜色贴图。
基于GPU并行计算对颜色贴图进行统计去重处理。虽然从已经获取到了带有ID编号的颜色数据，但是这个ID编号中有很多的重复数据，如果编码颜色贴图比较大，那么对贴图每一个像素的遍历速度会很慢，以500像素宽*500像素高大小的贴图为例，需要遍历250000次，为了加速该遍历流程，在计算着色器对步骤107中的编码颜色贴图进行统计去重处理。
统计去重处理具体实现方式为，运用GPU并行计算的特点，对ID贴图数据创建待处理的GPU子线程，子线程的个数对应了ID贴图的列数，以像素宽为m*像素高为n的贴图为例，创建m个子线程，每一个子线程用于处理ID贴图的列数据,从下往上处理，处理后的贴图数据第一行用于记录当前列像素中，不重复的ID数量，从第二行开始用于记录107中的编码颜色贴图对应的不重复的ID值。
步骤108：根据编码去重颜色贴图，确定待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性；可见性是由CPU确定的。
例如，步骤108包括：
步骤1081：确定任一去重ID编号序列为当前去重ID编号序列；
步骤1082：确定任一子模型为当前子模型；
步骤1083：确定当前去重ID编号序列中是否存在当前子模型对应的ID编号，得到第二判断结果；若第二判断结果为是，则判定当前子模型在当前相机视角下的网格列对应范围内可见。若第二判断结果为否，则判定当前子模型在当前相机视角下的网格列对应范围内不可见。
在CPU端对统计去重处理后的贴图进行解析，从统计去重处理后的贴图第一行开始解析是否有数据，如果第一行中有不为0的数值，则根据不为0的计数依次遍历列的ID编号，根据是否存在列ID数据来判断ID对应的3D模型是否可见。
步骤109：根据待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性，对三维模型进行可见性剔除处理后进行渲染处理，得到当前相机视角下的待渲染三维模型的显示结果。
如图2所示，图2中左图为网格简化处理前的LOD网格；右图为网格简化处理后的LOD网格；箭头表示网格简化处理(LOD处理)；本实例提供的一种CAD模型可见性确定方法，在步骤103之后，还包括：对最优LOD网格显示层进行网格简化处理。
本实例中，构建模型的LOD显示网格，因为模型的可见性判断对模型的网格质量要求不高，所以可以用面片数较少的粗糙网格进行可见性判断。对LOD处理后网格进行ID编号，每一个ID对应一个待渲染的3D子模型。合批3D网格数据，将属于视口范围内的3D模型对应的ID写入颜色贴图中；基于GPU并行计算对颜色贴图中的ID值进行统计去重处理后进行解析，读取ID，根据ID的值是否为0来判断3D子模型的可见性(注：不为0则子模型可见)。利用GPU并行计算和图形学深度测试的特性，快速获取到一张经过深度测试后的贴图信息，通过合理的整合3D模型数据，做到减少CPU和GPU交互，从而加速3D模型可见性剔除。
实施例2
为了执行上述实施例一对应的方法，以实现相应的功能和技术效果，下面提供了一种CAD模型可见性确定系统，包括：
ID编号模块，用于对待渲染三维模型中全部子模型进行ID编号处理；不同子模型对应的ID编号不同。
当前相机视角获取模块，用于获取当前相机视角。
最优LOD网格显示层确定模块，用于确定当前相机视角下待渲染三维模型的最优LOD网格显示层。
待渲染网格确定模块，用于确定最优LOD网格显示层中的待渲染网格；待渲染网格显示有一个或多个子模型的整体或局部。
待渲染网格ID编号确定模块，用于确定每个待渲染网格的ID编号。
编码颜色贴图确定模块，用于在最优LOD网格显示层对应颜色贴图中所有待渲染网格内均对应填入ID编号，得到编码颜色贴图。
去重编码颜色贴图确定模块，用于对编码颜色贴图进行统计去重处理，得到去重编码颜色贴图；统计去重处理是由GPU执行的。
可见性确定模块，用于根据编码去重颜色贴图，确定待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性；可见性是由CPU确定的。
实施例3
本实施例提供了一种电子设备，包括存储器及处理器，存储器用于存储计算机程序，处理器运行计算机程序以使电子设备执行实施例1的一种CAD模型可见性确定方法。其中，存储器为可读存储介质。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种CAD模型可见性确定方法，其特征在于，包括：
对待渲染三维模型中全部子模型进行ID编号处理；不同子模型对应的ID编号不同；
获取当前相机视角；
确定当前相机视角下待渲染三维模型的最优LOD网格显示层；
确定最优LOD网格显示层中的待渲染网格；
确定每个所述待渲染网格的ID编号；
构建最优LOD网格显示层的颜色贴图；
在最优LOD网格显示层对应颜色贴图中所有待渲染网格内均对应填入ID编号，得到编码颜色贴图；
对所述编码颜色贴图进行统计去重处理，得到去重编码颜色贴图；所述统计去重处理是由GPU执行的；
根据所述编码去重颜色贴图，确定待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性；所述可见性是由CPU确定的。
2.根据权利要求1所述的一种CAD模型可见性确定方法，其特征在于，在根据所述编码去重颜色贴图，确定待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性之后，还包括：
根据待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性，对三维模型进行可见性剔除处理后进行渲染处理，得到当前相机视角下的待渲染三维模型的显示结果。
3.根据权利要求1所述的一种CAD模型可见性确定方法，其特征在于，所述确定当前相机视角下待渲染三维模型的最优LOD网格显示层，包括：
确定当前相机视角下精细度最低的LOD网格显示层为最优LOD网格显示层；最优LOD网格显示层包含待渲染三维模型全部轮廓特征；当前相机视角下待渲染三维模型包括多个LOD网格显示层；不同LOD网格显示层的网格数量不同；所述LOD网格显示层为按照网格精细度从低到高分别为Low层、Medium层、High层和Elabration层。
4.根据权利要求1所述的一种CAD模型可见性确定方法，其特征在于，所述确定每个所述待渲染网格的ID编号，包括：
确定任一待渲染网格为当前待渲染网格；
确定当前待渲染网格对应的子模型为当前子模型；
确定当前子模型的ID编号为当前待渲染网格的ID编号。
5.根据权利要求1所述的一种CAD模型可见性确定方法，其特征在于，在所述确定当前相机视角下待渲染三维模型的最优LOD网格显示层之后，还包括：
对所述最优LOD网格显示层进行网格简化处理。
6.根据权利要求1所述的一种CAD模型可见性确定方法，其特征在于，对所述编码颜色贴图进行统计去重处理，得到去重编码颜色贴图，包括：
将所述编码颜色贴图划分为多个网格列；
判断当前网格列中是否存在待渲染网格，得到第一判断结果；
若所述第一判断结果为否，则更新所述当前网格列，并返回步骤“判断当前网格列中是否存在待渲染网格，得到第一判断结果”；
若所述第一判断结果为是，则确定当前网格列中所有待渲染网格网格对应的ID编号；
根据对应待渲染网格自下而上的顺序，构建ID编号序列；
对所述ID编号序列进行去重处理，得到去重ID编号序列；
确定所述去重ID编号序列的元素数量；
将所述元素数量和所述去重ID编号序列作为当前网格列的索引数据，历遍所有网格列，得到去重编码颜色贴图。
7.根据权利要求6所述的一种CAD模型可见性确定方法，其特征在于，所述根据所述编码去重颜色贴图，确定待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性，包括：
确定任一所述去重ID编号序列为当前去重ID编号序列；
确定任一子模型为当前子模型；
确定当前去重ID编号序列中是否存在当前子模型对应的ID编号，得到第二判断结果；
若第二判断结果为是，则判定当前子模型在当前相机视角下的网格列对应范围内可见。
8.一种CAD模型可见性确定系统，其特征在于，包括：
ID编号模块，用于对待渲染三维模型中全部子模型进行ID编号处理；不同子模型对应的ID编号不同；
当前相机视角获取模块，用于获取当前相机视角；
最优LOD网格显示层确定模块，用于确定当前相机视角下待渲染三维模型的最优LOD网格显示层；
待渲染网格确定模块，用于确定最优LOD网格显示层中的待渲染网格；
待渲染网格ID编号确定模块，用于确定每个所述待渲染网格的ID编号；
编码颜色贴图确定模块，用于在最优LOD网格显示层对应颜色贴图中所有待渲染网格内均对应填入ID编号，得到编码颜色贴图；
去重编码颜色贴图确定模块，用于对所述编码颜色贴图进行统计去重处理，得到去重编码颜色贴图；所述统计去重处理是由GPU执行的；
可见性确定模块，用于根据所述编码去重颜色贴图，确定待渲染三维模型中多个子模型在当前相机视角的可见性；所述可见性是由CPU确定的。
9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器及处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序以使所述电子设备执行权利要求1至7中任一项所述的一种CAD模型可见性确定方法。
10.根据权利要求9所述的一种电子设备，其特征在于，所述存储器为可读存储介质。
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