CN116091684B - 基于WebGL的图像渲染方法、装置、设备及存储介质 - Google Patents

基于WebGL的图像渲染方法、装置、设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种基于WebGL的图像渲染方法、装置、设备及存储介质，首先获取待处理对象的目标渲染参数，所述目标渲染参数包括目标灯光参数和目标材质参数，确定所述目标材质参数对应的目标材质类型，并从至少一个预先建立的材质模型中，确定与所述目标材质类型对应的目标材质模型，调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息，所述目标材质模型可以表征目标材质类型的对象的渲染参数和着色信息之间的映射关系，因此调用所述目标材质模型进行数学运算，可以实现着色过程的仿真，最后利用3D绘图协议WebGL，对所述着色信息进行光栅化处理，可以较快的生成所述待处理对象的渲染效果图。

Description

基于WebGL的图像渲染方法、装置、设备及存储介质
技术领域
本申请涉及图像处理技术领域，更具体的说，是涉及一种基于WebGL的图像渲染方法、装置、设备及存储介质。
背景技术
在设计行业，通常利用离线3D渲染器Octane来渲染图像，Octane渲染器可以渲染出高质量的、照片级的图像，但是渲染时间较长，大多以小时为量级。
在设计过程中，设计人员往往需要频繁的修改待渲染对象及其渲染参数，并频繁的进行试渲染，以查看对应的渲染效果。虽然可以采用降低待渲染对象的尺寸或降低相关的效果参数等方式，来缩短试渲染的时间，但是仍需花费数十秒的时间，通过试渲染来查看渲染效果的方式，降低了设计效率。
发明内容
鉴于上述问题，提出了本申请以便提供一种基于WebGL的图像渲染方法、装置、设备及存储介质，以实现实时查看渲染效果的任务。
具体方案如下：
第一方面，提供了一种基于WebGL的图像渲染方法，该方法包括：
获取待处理对象的目标渲染参数，所述目标渲染参数包括：目标灯光参数和目标材质参数；
确定所述目标材质参数对应的目标材质类型，并从至少一个预先建立的材质模型中，确定与所述目标材质类型对应的目标材质模型，每个材质模型分别用于表征，其对应材质类型的对象的渲染参数和着色信息之间的映射关系；
调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息；
利用3D绘图协议WebGL，对所述着色信息进行光栅化处理，生成所述待处理对象的渲染效果图。
第二方面，提供了一种基于WebGL的图像渲染装置，该装置包括：
参数获取单元，用于获取待处理对象的目标渲染参数，所述目标渲染参数包括：目标灯光参数和目标材质参数；
材质模型确定单元，用于确定所述目标材质参数对应的目标材质类型，并从至少一个预先建立的材质模型中，确定与所述目标材质类型对应的目标材质模型，每个材质模型分别用于表征，其对应材质类型的对象的渲染参数和着色信息之间的映射关系；
着色信息计算单元，用于调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息；
图像渲染单元，用于利用3D绘图协议WebGL，对所述着色信息进行光栅化处理，生成所述待处理对象的渲染效果图。
第三方面，提供了一种基于WebGL的图像渲染设备，包括：存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序；
所述处理器，用于执行所述程序，实现上述的基于WebGL的图像渲染方法的各个步骤。
第四方面，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的基于WebGL的图像渲染方法的各个步骤。
借由上述技术方案，本申请首先获取待处理对象的目标渲染参数，所述目标渲染参数包括目标灯光参数和目标材质参数，再根据所述目标材质参数，确定出对应的目标材质类型，进而从至少一个预先建立的材质模型中，确定出欲调用的目标材质模型，而后调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息，最终利用3D绘图协议WebGL，对所述着色信息进行光栅化处理，生成所述待处理对象的渲染效果图。
每个材质模型分别用于表征其对应材质类型的对象的渲染参数和着色信息之间的映射关系，具体的，可以利用数学模型来表示所述映射关系，通过数学运算的方式来实现着色过程的仿真，而后利用3D绘图协议WebGL生成渲染效果图。在设计阶段，设计人员无需下载三维建模软件，无需利用离线渲染器进行试渲染，降低了对计算机硬件的要求，可以实时调整渲染参数，并通过浏览器实时的查看到渲染效果，提高了设计效率。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本申请的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请实施例提供的一种基于WebGL的图像渲染方法的流程示意图；
图2示例了光线的折射示意图；
图3示例厚度的测量示意图；
图4示例了待处理对象的渲染效果图；
图5为本申请实施例提供的一种基于WebGL的图像渲染装置的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种基于WebGL的图像渲染设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。
本申请提供了一种基于WebGL的图像渲染方案，能够缩短生成渲染效果图的时间，实现实时查看渲染效果的任务。
本申请方案可以基于具备数据处理能力的终端实现，该终端可以是电脑、服务器、云端等。
在不考虑自发光的情况下，对于任一微元位置p，渲染方程的表达式如下所示：
Figure SMS_1
其中，p表示微元位置，ω o 为出射光方向，ω i 为入射光方向，θ i 为微元位置p处的法线方向和入射光方向ω i 的夹角，L o (p，ω o )为微元位置p处ω o 方向上的出射光强度，f r 为双向反射分布函数，L i (p，ω i )为微元位置p处的ω i 方向上的入射光强度，L i (p，ω i )cosθ i 表示的是在微元位置p处的法线方向上的入射光强度，∫ Ω( )dω i 表示的是对半球面Ω的积分。
在常用的微平面模型Cook-Torrance中，双向反射分布函数f r 可以被描述为：f r =k d f d +k s f s ，其中，k d +k s =1，k d 为漫反射比例，f d 对应的是漫反射项，k s 为镜面反射比例，也就是菲涅尔系数F，f s 对应的是镜面反射项，具体的，参数f d 和f s 可以由下述的公式求出：
Figure SMS_2
Figure SMS_3
其中，ρ为固有颜色，D表示的是用于描述微平面的法线分布的法线分布函数，G表示的是用于描述几何遮蔽和几何阴影的几何函数，N表示的是法线方向，V表示的观察方向，L为光线方向，在N、L和V为单位向量的情况下，N·V等于观察角度的余弦值，N·L等于光线角度的余弦值。
经分析，若不考虑自发光，则上述的渲染方程可以被划分为漫反射部分和镜面反射部分，需要说明的是，镜面反射部分包括折射部分和高光反射部分，表达式如下所示：
Figure SMS_4
对于离线3D渲染器Octane，其材质类型主要有：Octane Diffuse材质、OctaneMetallic材质、Octane Glossy材质和Octane Specular材质。通过对各种Octane材质进行分析，可以确定：Octane Diffuse材质可以用于表现只有漫反射效果的材质，OctaneMetallic材质可以用于表现只有高光反射效果的材质，Octane Glossy材质可以用于表现只有漫反射效果和高光反射效果的材质，Octane Specular材质可以用于表现只有折射效果和高光反射效果的材质。在上述的基础上，根据有无折射效果，可以将上述的材质划分为透明材质和非透明材质两类。
接下来阐述，基于上述的渲染方程和材质划分情况，分析不同材质类型的对象的渲染效果的影响因素的过程。
对于只有漫反射效果的像素微元，影响其漫反射效果的参数可以被划分为固有颜色ρ和作用在像素微元的漫反射强度，其中，固有颜色ρ可以被认定为漫反射颜色，由此可以得到，影响漫反射效果的参数有：漫反射颜色和漫反射强度。
对于只有高光反射效果的像素微元，影响其高光反射效果的参数可以被划分为菲涅尔系数F和作用在像素微元的高光反射强度，其中，菲涅尔系数F的值与介质的折射率有关。若介质是金属，则折射率是复数且与光的波长有关，波长不同、折射率不同，使得金属呈不同的颜色，若介质是电解质，则折射率是描述反射程度的一个值，与光的波长无关。对于纯金属而言，其颜色全部来自于高光反射，因此，可以将菲涅尔系数F认定为高光反射颜色，则影响高光反射效果的参数有：高光反射颜色和高光反射强度。
对于只有漫反射效果和高光反射效果的像素微元，其渲染效果可以看作是漫反射效果和高光反射效果的叠加，因此，影响其渲染效果的参数有，漫反射颜色、漫反射强度、高光反射颜色和高光反射强度。
对于只有折射效果和高光反射效果的像素微元，可以由高光反射颜色和高光反射强度的乘积得到高光反射效果，对于存在折射效果的像素微元，示例如透明材质的像素微元，其高光反射颜色可以由折射率和反射颜色计算得到，其折射效果受折射颜色和自身的透射颜色影响，所述折射颜色指的是视线通过折射后得到的其他物体表面的颜色，因此，影响其渲染效果的参数有，高光反射强度、折射率、反射颜色、透射颜色和折射颜色。
通过分析渲染方程以及不同材质的像素微元的渲染效果影响因素，可以预先建立出各材质类型各自的材质模型，即各种材质的对象的渲染参数和渲染效果之间的函数关系，借助材质模型，可以实现对各材质类型的对象的着色过程进行仿真计算的任务。
需要说明的是，本申请方案所采取的材质类型划分方式是根据离线3D渲染器Octane确定的，所利用的材质参数可以被配置给离线3D渲染器Octane，以及具备与本方案的材质类型划分方式相同的其他渲染器，由各渲染器进行渲染、实现对应的渲染目的。
图1是根据本申请实施例示出的一种基于WebGL的图像渲染方法的流程示意图，结合图1所示，该方法可以包括如下步骤：
步骤S101、获取待处理对象的目标渲染参数。
其中，根据目标渲染参数的不同，所述待处理对象可以包括若干个物体；根据参数类型的不同，所述目标渲染参数可以包括目标灯光参数和目标材质参数，所述目标材质参数能够表征其所属的对象的材质类型，不同材质类型的对象具备不同种类和数值的材质参数。此外，所述目标渲染参数可以是能够配置给离线3D渲染器的参数，也可以是依据能够配置给离线3D渲染器的参数预先生成的参数，所述离线3D渲染器可以是Octane渲染器。
步骤S102、确定所述目标材质参数对应的目标材质类型，并从至少一个预先建立的材质模型中，确定与所述目标材质类型对应的目标材质模型。
需要说明的是，不同材质类型的对象具备不同的渲染特点，因此需要根据不同材质类型的对象的渲染特点，预先建立对应材质类型的材质模型。具体的，每个材质模型分别用于表征，其对应材质类型的对象的渲染参数和着色信息之间的映射关系。调用目标材质类型对应的材质模型，处理目标材质类型的对象的渲染参数，可以得到该对象的着色信息。此外，渲染参数和着色信息之间的映射关系，可以用数学模型来表示。
步骤S103、调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息。
需要说明的是，所述目标材质模型的处理对象是所述待处理对象的各个像素点，或者称之为微元，对于每一个所述像素点，调用对应的目标材质模型，以所述像素点的目标渲染参数为自变量，进行数学运算。此外，所述待处理对象的着色信息可以表示为所述待处理对象中的各像素点的颜色特征。步骤S103以数学运算的方式，实现了着色过程的仿真。
步骤S104、利用3D绘图协议WebGL，对所述着色信息进行光栅化处理，生成所述待处理对象的渲染效果图。
其中，3D绘图协议WebGL是web3D技术的一种，是浏览器原生的3D图形技术,可以在各种浏览器和操作系统中被执行。借由3D绘图协议WebGL，设计人员无需安装插件，即可在浏览器上查看本申请方案所生成的渲染效果图。需要说明的是，相较于根据所述着色信息对各个像素点进行赋值的方案，利用3D绘图协议WebGL进行光栅化处理的方案，可以较快的生成渲染效果图，缩短查看渲染效果所需的时间。
上述的图像渲染方法，首先获取待处理对象的目标渲染参数，所述目标渲染参数包括目标灯光参数和目标材质参数，再根据所述目标材质参数，确定出对应的目标材质类型，进而从至少一个预先建立的材质模型中，确定出欲调用的目标材质模型，而后调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息，最终利用3D绘图协议WebGL，对所述着色信息进行光栅化处理，生成所述待处理对象的渲染效果图。
每个材质模型分别用于表征其对应材质类型的对象的渲染参数和着色信息之间的映射关系，具体的，可以利用数学模型来表征所述映射关系，通过数学运算的方式来实现着色过程的仿真，而后利用3D绘图协议WebGL生成了渲染效果图。在设计阶段，设计人员无需下载三维建模软件，无需利用离线渲染器进行试渲染，降低了对计算机硬件的要求，可以实时调整渲染参数，并通过浏览器实时的查看到渲染效果，提高了设计效率。
在本申请提供的一些实施例中，所述材质类型可以包括非透明和透明两种类型，相应的，所述材质模型可以包括非透明材质模型和透明材质模型，其中，所述非透明材质模型是根据非透明的对象的渲染特点建立的模型，所述透明材质模型是根据透明的对象的渲染特点建立的模型。
在上述的基础上，所述步骤S102、确定所述目标材质参数对应的目标材质类型，并从至少一个预先建立的材质模型中，确定与所述目标材质类型对应的目标材质模型，可以包括下述的步骤A-C：
步骤A、根据所述目标材质参数对应的目标材质类型，提取所述待处理对象中的材质类型分别为非透明和透明的非透明物体和透明物体。
需要说明的是，所述待处理对象可以仅由若干个非透明物体组成，也可以由若干个非透明物体和透明物体组成。
步骤B、确定所述非透明物体的目标材质模型为所述非透明材质模型。
步骤C、确定所述透明物体的目标材质模型为所述透明材质模型。
在上述的基础上，上述的步骤S103、调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息，可以包括下述的步骤D-E：
步骤D、对于所述非透明物体，调用所述非透明材质模型对所述非透明物体的目标渲染参数进行处理，得到所述非透明物体的第一着色信息。
需要说明的是，对于非透明物体，其着色信息只与自身的灯光参数和材质参数有关，也就是说，在步骤D中，非透明材质模型的处理对象包括非透明物体的目标灯光参数和非透明物体的目标材质参数。
步骤E、对于所述透明物体，调用所述透明材质模型对所述待处理对象的目标渲染参数进行处理，得到所述透明物体的第二着色信息。
其中，由所述第一着色信息和所述第二着色信息，可以构成所述待处理对象的着色信息。需要说明的是，对于透明物体，由于存在折射效果，其着色信息不只与自身的灯光参数和材质参数有关，还与作为所述透明物体的背景的非透明物体的着色信息有关，其中，非透明物体的着色信息可以根据非透明物体的渲染参数计算得到，也可以通过对所述步骤D得到的第一着色信息进行采样的方式得到。也就是说，在步骤E中，所述透明材质模型的处理对象可以包括所述待处理对象的目标渲染参数，也可以包括所述透明物体的目标渲染参数和由上述的步骤D得到的所述第一着色信息。
在一种可能的实现方式中，所述目标灯光参数可以是根据能够配置给离线3D渲染器的初始参数预先生成的参数，具体的，所述目标灯光参数可以包括至少一组光照强度参数，所述光照强度参数可以包括漫反射强度和高光反射强度，每一组光照强度参数分别对应一种光照类型，所述光照类型包括太阳光、环境光和矩形面光。
下面依次阐述，各种光照类型的光照强度参数的生成过程。
第一部分、太阳光的光照强度参数的生成过程。
所述太阳光的光照强度参数可以包括，根据目标太阳光强度和目标材质参数确定的太阳光的漫反射强度和高光反射强度。
具体的，可以调用Lambertian模型，一种理想情况下的完全漫反射模型，计算得到与太阳光的漫反射效果对应的单位光照强度dL，Lambertian模型的表达式如下所示：
Figure SMS_5
其中，metallic为金属度，具体的，金属材质的金属度为1，非金属材质的金属度为0，albedo为电解质或金属对象的反射率F0，具体的，非金属材质的albedo为上述的固有颜色ρ，Lsun为目标太阳光强度，θn为太阳光与法线方向的夹角。
在上述的基础上，太阳光的单位漫反射强度dLd的表达式为：
Figure SMS_6
太阳光的高光反射强度Ls，可以是调用Cook-Torrance模型计算得到的，其中，Cook-Torrance模型，是一种基于物理材质的光照模型，包括漫反射部分（即上述的Lambertian模型）和镜面反射部分，镜面反射部分是考虑了光线和视线的方向、微表面法线、材质粗糙度等因素的反射函数，根据Cook-Torrance模型的镜面反射部分，确定出的单位高光反射效果的计算公式如下所示：
Figure SMS_7
其中，θo为观察方向和法线方向的夹角，即观察角度，θn为太阳光和法线方向的夹角，即光线角度，D、F、G分别对应双向反射分布函数模型（Bidirectional ReflectanceDistribution Function，BRDF）的法线分布、菲涅尔项和几何遮蔽项，其中，几何遮蔽项与材质的粗糙度roughness有关；菲涅尔项F与材质的折射率有关，对于金属材质，其菲涅尔项受光线的波长影响，不同波长的光线被金属材质的对象反射的比例不同，基于此，可以将金属材质的菲涅尔项表示为由三个分量构成的向量，对于非金属且非透明材质，其菲涅尔项是一个能够表征光线被该材质的对象反射的比例值，可以使用由数值相等的三个分量构成的向量表示非透明且非金属材质的菲涅尔项，因此，对于非透明材质而言，可以将其菲涅尔项F称为高光反射颜色。
在上述的基础上，太阳光的单位高光反射强度dLs的表达式为：
Figure SMS_8
在一种可能的实现方式中，所述目标太阳光强度可以是，依据预先设置的日落的太阳光强度、正午的太阳光强度和太阳光方向之间的对应关系确定的。
具体的，预先设置了日落的太阳光强度Lsunset、正午的太阳光强度Lnoon和太阳光与地面的夹角θ，即太阳光方向，依据对应关系：目标太阳光强度Lsun=Lsunset×cosθ＋Lnoon×(1－cosθ)，可以计算得到目标太阳光强度Lsun。
示例性的，所述日落的太阳光强度和所述正午的太阳光强度可以表示为RGB颜色向量，两个RGB颜色向量中的各个参数值可以通过拟合计算得到，具体的，将Lsunset和Lnoon的RGB颜色向量设置成参数值未知的向量，而后利用历史数据中的若干组目标太阳光强度的RGB颜色向量及对应的夹角θ值，求出各未知的参数值，得到Lsunset和Lnoon各自的RGB颜色向量，其中，Lsunset=[0.160,0.059,0.004]，Lnoon=[0.922,0.706,0.502]。需要说明的是，对于不同的渲染场景，使用的是同一组RGB颜色向量Lsunset和Lnoon，即，在应用本申请方案处理不同的待处理对象时，目标太阳光强度是与夹角θ有关的变量。
需要说明的是，由于∫ Ω 1dω i =2π，可以将在半球面Ω上对太阳光的单位漫反射强度dLd和单位高光反射强度dLs进行积分，得到的太阳光的漫反射强度Ld和高光反射强度Ls，近似为，2π倍的单位漫反射强度dLd和单位高光反射强度dLs，可选的，可以在计算单位漫反射强度dLd和单位高光反射强度dLs的过程中，考虑半球面Ω上的积分，从而直接计算得到漫反射强度Ld和高光反射强度Ls。
第二部分、环境光的光照强度参数的生成过程。
所述环境光指的是IBL环境光（image based lighting，IBL，基于图片的光照），可以使用贴图来模拟周围的环境光照，具体的，可以采用预计算的方式，生成一张漫反射贴图，和，一张带有若干个mipmap的高光反射贴图，来模拟环境光照。
所述漫反射贴图可以是采用以余弦为权重的半球采样方法生成的，其中，半球采样的公式如下所示：
Figure SMS_9
其中，N为采样次数，L(ωi）为入射光角度ωi对应的照射强度，需要说明的是，所谓采样，是指对每一个像素点，对数量足够多的样本进行抽样计算并求均值，采样次数越多，环境光的计算越精确，越趋近于离线3D渲染器的渲染结果，但是，随着采样次数的增多，计算速度会降低，因此，在实际应用中，可以令N=4096。
在上述的基础上，对于每一个待着色的像素点，根据所述像素点的法线确定出所述漫反射贴图上的UV坐标，根据UV坐标对所述漫反射贴图进行采样，可以得到所述像素点的环境光的漫反射强度。
所述高光反射贴图可以是采用基于Krivanek的重要性采样方法生成的。受限于欲使用的3D绘图协议WebGL，假设贴图尺寸为2k×k，则可以生成log2k+2张mipmap，对于等级miplevel为j的mipmap，其粗糙度的平方为j/log2k，需要说明的是，miplevel=0的贴图即为原始图像。示例性的，假设原始图像尺寸为1024*512，则等级miplevel为0-10的各贴图的尺寸分别为1024*512、512*256、256*128、128*64、64*32、32*16、16*8、8*4、4*2、2*1、1*1。
在上述的基础上，对于每一个待着色的像素点，根据所述像素点的镜面反射方向，确定出所述高光反射贴图上的UV坐标，再通过miplevel=log2k×roughness2确定出mipmap的等级，从而确定对应的mipmap，而后根据UV坐标对确定的mipmap进行采样，可以得到所述像素点的环境光的高光反射强度。
需要说明的是，IBL环境光的预计算和贴图做mipmap的过程可以依赖3D绘图协议WebGL实现。
第三部分、矩形面光的光照强度参数的生成过程。
所述矩形面光的漫反射强度和高光反射强度，可以采用线性变换余弦（LinearlyTransformed Cosines，LTC）的方法来计算，LTC方法可以用于实现多边形面光源的反射。矩形面光的漫反射强度Ld和高光反射强度Ls的计算公式分别如下所示：
Figure SMS_10
Figure SMS_11
其中，sum( )函数表示的是矩形面光的一条边的线积分，i=1,…,4表示的分别是矩形面光的各条边，1.0表示的是粗糙度等级为1.0，roughness表示的是粗糙度。
接下来阐述，调用不同材质类型对应的材质模型对各材质类型的对象的渲染参数的处理过程。
在本申请提供的一些实施例中，所述非透明物体的目标材质参数可以包括漫反射颜色、高光反射颜色和不透明度中的至少两种。
具体的，根据材质类型的不同，非透明材质可以分为漫射材质、光泽材质和金属材质。
所述漫射材质（Diffuse材质），是指用于表现仅具备漫反射效果的材质，在所述漫射材质的BRDF模型中，只有漫反射项是有效的，基于此，影响所述漫射材质的对象的渲染效果的材质参数，可以包括漫反射颜色diffuse和不透明度opacity，其着色方程为：dLo=diffuse×∑dLd，α=opacity，其中，∑dLd表示的是各种光照类型的漫反射强度的和。
对于所述光泽材质（Glossy材质），在所述光泽材质的BRDF模型中，漫反射项和高光反射项均是有效的，基于此，影响所述光泽材质的对象的渲染效果的材质参数，可以包括漫反射颜色diffuse、高光反射颜色specular、不透明度opacity和粗糙度roughness，其着色方程为：dLo=diffuse×∑dLd＋specular×∑dLs，α=opacity，其中，∑dLs表示的是各种光照类型的高光反射强度的和，需要说明的是，所述粗糙度roughness用于计算所述光泽材质的对象的高光反射强度。
对于所述金属材质（Metallic材质），在所述金属材质的BRDF模型中，只有高光反射项是有效的，基于此，影响所述金属材质的对象的渲染效果的材质参数，可以包括高光反射颜色specular、不透明度opacity和粗糙度roughness，其着色方程为：dLo=specular×∑dLs，α=opacity，需要说明的是，所述粗糙度roughness用于计算所述金属材质的对象的高光反射强度。
其中，对于各种不透明材质的着色方程中的不透明度α，用于在渲染时做alpha混合。
对于各种不透明材质的着色模型，其单位光照强度dLo包括漫反射项和高光反射项中的至少一项，也就是说，若所述非透明物体的目标渲染参数中包含有漫反射颜色，则计算漫反射项，否则所述漫反射颜色为0，若所述非透明物体的目标渲染参数中包含有高光反射颜色，则计算高光反射项，否则，所述高光反射颜色为0。
在上述的基础上，上述的步骤D、调用所述非透明材质模型对所述非透明物体的目标渲染参数进行处理，得到所述非透明物体的第一着色信息，可以包括如下步骤：
运行所述非透明材质模型，以获取所述漫反射颜色与各个所述漫反射强度的第一乘积，以及所述高光反射颜色和各个所述高光反射强度的第二乘积，并将各个所述第一乘积和各个所述第二乘积的和作为所述非透明物体的颜色值，依据所述非透明物体的颜色值和所述不透明度，生成所述非透明物体的第一着色信息。
在本申请提供的一些实施例中，所述透明物体的目标材质参数可以包括透射颜色、反射颜色和折射率。
对于透明材质（Specular材质），在所述透明材质的BRDF模型中，高光反射项和折射项是有效的，基于此，影响所述透明材质的对象的渲染效果的材质参数可以包括透射颜色transmission、反射颜色reflection、折射率index和粗糙度roughness，需要说明的是，所述粗糙度roughness用于计算所述透明材质的对象的高光反射强度。
经研究发现，在对透明物体进行渲染时，需要将预先保存在帧缓冲中的不透明物体的渲染结果作为所述透明物体的纹理贴图。基于此，为实现透明物体的折射效果，可以将不透明物体的第一着色信息，同透明物体的目标渲染参数一起，作为所述透明材质模型的输入变量。
在上述的基础上，上述的步骤E、调用所述透明材质模型对所述待处理对象的目标渲染参数进行处理，得到所述透明物体的第二着色信息，可以包括如下步骤：
运行所述透明材质模型，以确定与所述透明物体的入射点对应的出射点的UV坐标，在第一着色信息中，获取所述UV坐标处的目标第一着色信息，根据所述目标第一着色信息确定折射颜色，根据所述折射率和所述反射颜色确定高光反射颜色，获取所述高光反射颜色和各个所述高光反射强度的第三乘积，以及所述折射颜色和所述透射颜色的第四乘积，并将各个所述第三乘积和所述第四乘积的和作为所述透明物体的第二着色信息。
其中，所述透明材质模型的表达式如下所示：
dLo=specular×∑dLs＋refract×transmission
其中，refract表示的是折射颜色，是根据所述非透明物体的第一着色信息确定的，高光反射颜色specular的计算公式如下所示：
Figure SMS_12
需要说明的是，在半球面Ω上对各种材质的单位光照强度dLo进行积分，得到光照强度Lo的近似算法可以参照上文描述。
下面具体阐述折射颜色refract的确定过程。
具体的，光线的折射示意图如图2所示，结合图2所示，p0为入射点，p1为出射点，l为光线在介质1中的传播路径，l 1为光线在介质2中的传播路径，θ1为在入射平面处的入射角，θ2为在入射平面处的出射角，N为法线方向。由折射定律，介质2对介质1的相对折射率n21＝sinθ1/sinθ2，在观察视线的方向为l，观察点为p0，并且法线方向为N的情况下，在介质2中，折射后的方向l 1=refract(l,N,n21)，其中，refract( )函数为GLSL程序内置的折射函数，在实现3D绘图协议WebGL的应用时，需要借助若干个GLSL程序。在介质2的厚度为h的情况下，可以计算得到出射点p1，p1=p0＋h/(N·l 1)·l 1。
通常情况下，透明物体的厚度不会被直接的存储在透明物体的几何数据中，可以采用下述的方法一或方法二计算透明物体的厚度，即上述的介质2的厚度。假设透明物体的顶点数量为n，面数为m：
方法一：对于每个顶点：
从所述顶点出发，创建方向为所述顶点的法线反方向的射线，对于每个面：将所述面与所述射线求交，以计算所述面和所述射线的交点，计算所述交点和所述顶点的距离，并将所述距离存储为所述顶点的距离；
将所述顶点的距离中的数值最小的距离，作为所述顶点的厚度，若不存在所述顶点的距离，则所述顶点的厚度为0。
方法二：为所述透明物体设置形如六面体的包围盒，示例如AABB包围盒（AxiallyAligned Bounding Box），在所述包围盒的任意一面的中心处，创建一条从所述包围盒的面的前方射向所述中心的射线，将所述射线与所述透明物体的全部三角形求交，若交点数量为2，则停止求交，得到两个交点之间的距离，若交点数量小于2，则表征厚度为零。
需要说明的是，除了点、线以外的其他物体大多是由若干个顶点组成的，按照指定顺序每3个顶点可以构成一个三角形，也就是说，所述其他物体可以是由若干个三角形构成的，并且三角形的数量M满足下述的数量条件：m≤M≤n，在渲染时，通常以三角形为单位进行处理。
图3示出了应用上述的方法二求物体的厚度的示意图，如图3所示，该物体被置于六面体包围盒中，从六面体包围盒的一平面前方，向六面体包围盒内部射出垂直于该平面的射线，该射线与该物体的交点分别为X0和X1，则厚度为X0和X1的距离。
方法一的计算过程需要嵌套循环，其时间复杂度为O(n×m)，方法二的计算过程只用了一次循环，其时间复杂度为O(M)，方法二可以实现大多数的常规的几何体的厚度计算任务，并且，相较于方法一，方法二的计算速度更快，实时性更好。
结合图2和上述的计算过程，可知，在观察点为p0时，如果考虑折射作用，则实际看到的点为p1，因此，需要根据p1计算在屏幕坐标系中出射点对应的UV坐标，然后从非透明物体的第一着色信息中读取对应位置的像素点的着色信息，将其作为观察点p0处的折射颜色。具体的，UV坐标的计算公式如下所示：
Figure SMS_13
/>
Figure SMS_14
其中，Mproj和Mv分别为渲染时的摄像机投影矩阵，和世界坐标系转换到相机坐标系的视图矩阵。
图4示例了待处理对象的渲染效果图，示出了金属材质的物体在太阳光、环境光和矩形面光三种类型的光照条件下的渲染效果图，其中，金属材质的物体的材质参数包括：高光反射颜色specular=[0.74,0.66,0.47]，不透明度opacity=0.1，粗糙度roughness=0.1，其中，所述粗糙度roughness用于计算所述金属材质的物体的高光反射强度，能够配置给离线3D渲染器的矩形面光的初始参数可以包括：矩形面光强度1、尺寸1×1、变换矩阵[0.05,-0.02,0,0,0,0,0.06,0,-0.027,-0.05,0,0,0.1,0.13,0.24,1.0]4×4以及矩形面光颜色[1,1,1]，能够配置给离线3D渲染器的太阳光的初始参数可以包括：太阳光与地面的夹角45°和表征太阳光强弱程度的系数0.04。
下面对本申请实施例提供的基于WebGL的图像渲染装置进行描述，下文描述的基于WebGL的图像渲染装置与上文描述的基于WebGL的图像渲染方法可相互对应参照。
参见图5，图5为本申请实施例公开的一种基于WebGL的图像渲染装置的结构示意图。
如图5所示，该装置可以包括：
参数获取单元11，用于获取待处理对象的目标渲染参数，所述目标渲染参数包括：目标灯光参数和目标材质参数；
材质模型确定单元12，用于确定所述目标材质参数对应的目标材质类型，并从至少一个预先建立的材质模型中，确定与所述目标材质类型对应的目标材质模型，每个材质模型分别用于表征，其对应材质类型的对象的渲染参数和着色信息之间的映射关系；
着色信息计算单元13，用于调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息；
图像渲染单元14，用于利用3D绘图协议WebGL，对所述着色信息进行光栅化处理，生成所述待处理对象的渲染效果图。
在本申请提供的一些实施例中，所述材质模型可以包括非透明材质模型和透明材质模型。
在上述的基础上，所述材质模型确定单元12确定所述目标材质参数对应的目标材质类型，并从至少一个预先建立的材质模型中，确定与所述目标材质类型对应的目标材质模型的过程，可以包括：
根据所述目标材质参数对应的目标材质类型，提取所述待处理对象中的材质类型分别为非透明和透明的非透明物体和透明物体；
确定所述非透明物体的目标材质模型为所述非透明材质模型；
确定所述透明物体的目标材质模型为所述透明材质模型；
在上述的基础上，所述着色信息计算单元13调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息的过程，可以包括：
对于所述非透明物体，调用所述非透明材质模型对所述非透明物体的目标渲染参数进行处理，得到所述非透明物体的第一着色信息；
对于所述透明物体，调用所述透明材质模型对所述待处理对象的目标渲染参数进行处理，得到所述透明物体的第二着色信息；
由所述第一着色信息和所述第二着色信息，构成所述待处理对象的着色信息。
在本申请提供的一些实施例中，所述目标灯光参数可以包括至少一组光照强度参数，所述光照强度参数可以包括：漫反射强度和高光反射强度；
每一组光照强度参数分别对应一种光照类型，所述光照类型可以包括太阳光、环境光和矩形面光。
在本申请提供的一些实施例中，所述非透明物体的目标材质参数可以包括漫反射颜色、高光反射颜色和不透明度中的至少两种。
在上述的基础上，所述着色信息计算单元13调用所述非透明材质模型对所述非透明物体的目标渲染参数进行处理，得到所述非透明物体的第一着色信息的过程，可以包括：
运行所述非透明材质模型，以获取所述漫反射颜色与各个所述漫反射强度的第一乘积，以及所述高光反射颜色和各个所述高光反射强度的第二乘积，并将各个所述第一乘积和各个所述第二乘积的和作为所述非透明物体的颜色值，依据所述非透明物体的颜色值和所述不透明度，生成所述非透明物体的第一着色信息。
在本申请提供的一些实施例中，所述透明物体的目标材质参数可以包括透射颜色、反射颜色和折射率。
在上述的基础上，所述着色信息计算单元13调用所述透明材质模型对所述待处理对象的目标渲染参数进行处理，得到所述透明物体的第二着色信息的过程，可以包括：
运行所述透明材质模型，以确定与所述透明物体的入射点对应的出射点的UV坐标，在第一着色信息中，获取所述UV坐标处的目标第一着色信息，根据所述目标第一着色信息确定折射颜色，根据所述折射率和所述反射颜色确定高光反射颜色，获取所述高光反射颜色和各个所述高光反射强度的第三乘积，以及所述折射颜色和所述透射颜色的第四乘积，并将各个所述第三乘积和所述第四乘积的和作为所述透明物体的第二着色信息。
在本申请提供的一些实施例中，所述太阳光的光照强度参数可以包括：根据目标太阳光强度和所述目标材质参数确定的太阳光的漫反射强度和高光反射强度；
所述目标太阳光强度是，依据预先设置的日落的太阳光强度、正午的太阳光强度和太阳光方向之间的对应关系确定的。
本申请实施例提供的基于WebGL的图像渲染装置可应用于基于WebGL的图像渲染设备，如终端：手机、电脑等。可选的，图6示出了基于WebGL的图像渲染设备的硬件结构框图，参照图6，设备的硬件结构可以包括：至少一个处理器1，至少一个通信接口2，至少一个存储器3和至少一个通信总线4；
在本申请实施例中，处理器1、通信接口2、存储器3、通信总线4的数量为至少一个，且处理器1、通信接口2、存储器3通过通信总线4完成相互间的通信；
处理器1可能是一个中央处理器CPU，或者是特定集成电路ASIC（ApplicationSpecific Integrated Circuit），或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路等；
存储器3可能包含高速RAM存储器，也可能还包括非易失性存储器（non-volatilememory）等，例如至少一个磁盘存储器；
其中，存储器存储有程序，处理器可调用存储器存储的程序，所述程序用于：
获取待处理对象的目标渲染参数，所述目标渲染参数包括：目标灯光参数和目标材质参数；
确定所述目标材质参数对应的目标材质类型，并从至少一个预先建立的材质模型中，确定与所述目标材质类型对应的目标材质模型，每个材质模型分别用于表征，其对应材质类型的对象的渲染参数和着色信息之间的映射关系；
调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息；
利用3D绘图协议WebGL，对所述着色信息进行光栅化处理，生成所述待处理对象的渲染效果图。
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
本申请实施例还提供一种存储介质，该存储介质可存储有适于处理器执行的程序，所述程序用于：
获取待处理对象的目标渲染参数，所述目标渲染参数包括：目标灯光参数和目标材质参数；
确定所述目标材质参数对应的目标材质类型，并从至少一个预先建立的材质模型中，确定与所述目标材质类型对应的目标材质模型，每个材质模型分别用于表征，其对应材质类型的对象的渲染参数和着色信息之间的映射关系；
调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息；
利用3D绘图协议WebGL，对所述着色信息进行光栅化处理，生成所述待处理对象的渲染效果图。
可选的，所述程序的细化功能和扩展功能可参照上文描述。
最后，还需要说明的是，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。
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，各个实施例之间可以根据需要进行组合，且相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种基于WebGL的图像渲染方法，其特征在于，该方法包括：
获取待处理对象的目标渲染参数，所述目标渲染参数包括：目标灯光参数和目标材质参数；
确定所述目标材质参数对应的目标材质类型，并从至少一个预先建立的材质模型中，确定与所述目标材质类型对应的目标材质模型，每个材质模型分别用于表征其对应材质类型的对象的渲染参数和着色信息之间的映射关系；
调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息；
利用3D绘图协议WebGL，对所述着色信息进行光栅化处理，生成所述待处理对象的渲染效果图；
所述材质模型包括非透明材质模型和透明材质模型；
所述确定所述目标材质参数对应的目标材质类型，并从至少一个预先建立的材质模型中，确定与所述目标材质类型对应的目标材质模型，包括：
根据所述目标材质参数对应的目标材质类型，提取所述待处理对象中的材质类型为非透明的非透明物体和材质类型为透明的透明物体；
确定所述非透明物体的目标材质模型为所述非透明材质模型；
确定所述透明物体的目标材质模型为所述透明材质模型；
所述调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息，包括：
对于所述非透明物体，调用所述非透明材质模型对所述非透明物体的目标渲染参数进行处理，得到所述非透明物体的第一着色信息；
对于所述透明物体，调用所述透明材质模型对所述待处理对象的目标渲染参数进行处理，得到所述透明物体的第二着色信息；
由所述第一着色信息和所述第二着色信息，构成所述待处理对象的着色信息；
所述目标灯光参数包括至少一组光照强度参数，所述光照强度参数包括：漫反射强度和高光反射强度；
每一组光照强度参数分别对应一种光照类型，所述光照类型包括太阳光、环境光和矩形面光；
所述非透明物体的目标材质参数包括漫反射颜色、高光反射颜色和不透明度中的至少两种；
所述调用所述非透明材质模型对所述非透明物体的目标渲染参数进行处理，得到所述非透明物体的第一着色信息，包括：
运行所述非透明材质模型，以获取所述漫反射颜色与各个所述漫反射强度的第一乘积，以及所述高光反射颜色和各个所述高光反射强度的第二乘积，并将各个所述第一乘积和各个所述第二乘积的和作为所述非透明物体的颜色值，依据所述非透明物体的颜色值和所述不透明度，生成所述非透明物体的第一着色信息；
所述透明物体的目标材质参数包括透射颜色、反射颜色和折射率；
所述调用所述透明材质模型对所述待处理对象的目标渲染参数进行处理，得到所述透明物体的第二着色信息，包括：
运行所述透明材质模型，以确定与所述透明物体的入射点对应的出射点的UV坐标，在第一着色信息中，获取所述UV坐标处的目标第一着色信息，根据所述目标第一着色信息确定折射颜色，根据所述折射率和所述反射颜色确定高光反射颜色，获取所述高光反射颜色和各个所述高光反射强度的第三乘积，以及所述折射颜色和所述透射颜色的第四乘积，并将各个所述第三乘积和所述第四乘积的和作为所述透明物体的第二着色信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述太阳光的光照强度参数包括：根据目标太阳光强度和所述目标材质参数确定的太阳光的漫反射强度和高光反射强度；
所述目标太阳光强度是，依据预先设置的日落的太阳光强度、正午的太阳光强度和太阳光方向之间的对应关系确定的。
3.一种基于WebGL的图像渲染装置，其特征在于，该装置包括：
参数获取单元，用于获取待处理对象的目标渲染参数，所述目标渲染参数包括：目标灯光参数和目标材质参数；
材质模型确定单元，用于确定所述目标材质参数对应的目标材质类型，并从至少一个预先建立的材质模型中，确定与所述目标材质类型对应的目标材质模型，每个材质模型分别用于表征其对应材质类型的对象的渲染参数和着色信息之间的映射关系；
着色信息计算单元，用于调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息；
图像渲染单元，用于利用3D绘图协议WebGL，对所述着色信息进行光栅化处理，生成所述待处理对象的渲染效果图；
所述材质模型包括非透明材质模型和透明材质模型；
所述材质模型确定单元确定所述目标材质参数对应的目标材质类型，并从至少一个预先建立的材质模型中，确定与所述目标材质类型对应的目标材质模型，包括：
根据所述目标材质参数对应的目标材质类型，提取所述待处理对象中的材质类型为非透明的非透明物体和材质类型为透明的透明物体；
确定所述非透明物体的目标材质模型为所述非透明材质模型；
确定所述透明物体的目标材质模型为所述透明材质模型；
所述着色信息计算单元调用所述目标材质模型对所述目标渲染参数进行处理，得到所述待处理对象的着色信息，包括：
对于所述非透明物体，调用所述非透明材质模型对所述非透明物体的目标渲染参数进行处理，得到所述非透明物体的第一着色信息；
对于所述透明物体，调用所述透明材质模型对所述待处理对象的目标渲染参数进行处理，得到所述透明物体的第二着色信息；
由所述第一着色信息和所述第二着色信息，构成所述待处理对象的着色信息；
所述目标灯光参数包括至少一组光照强度参数，所述光照强度参数包括：漫反射强度和高光反射强度；
每一组光照强度参数分别对应一种光照类型，所述光照类型包括太阳光、环境光和矩形面光；
所述非透明物体的目标材质参数包括漫反射颜色、高光反射颜色和不透明度中的至少两种；
所述调用所述非透明材质模型对所述非透明物体的目标渲染参数进行处理，得到所述非透明物体的第一着色信息，包括：
运行所述非透明材质模型，以获取所述漫反射颜色与各个所述漫反射强度的第一乘积，以及所述高光反射颜色和各个所述高光反射强度的第二乘积，并将各个所述第一乘积和各个所述第二乘积的和作为所述非透明物体的颜色值，依据所述非透明物体的颜色值和所述不透明度，生成所述非透明物体的第一着色信息；
所述透明物体的目标材质参数包括透射颜色、反射颜色和折射率；
所述调用所述透明材质模型对所述待处理对象的目标渲染参数进行处理，得到所述透明物体的第二着色信息，包括：
运行所述透明材质模型，以确定与所述透明物体的入射点对应的出射点的UV坐标，在第一着色信息中，获取所述UV坐标处的目标第一着色信息，根据所述目标第一着色信息确定折射颜色，根据所述折射率和所述反射颜色确定高光反射颜色，获取所述高光反射颜色和各个所述高光反射强度的第三乘积，以及所述折射颜色和所述透射颜色的第四乘积，并将各个所述第三乘积和所述第四乘积的和作为所述透明物体的第二着色信息。
4.一种基于WebGL的图像渲染设备，其特征在于，包括：存储器和处理器；
所述存储器，用于存储程序；
所述处理器，用于执行所述程序，实现如权利要求1-2中任一项所述的基于WebGL的图像渲染方法的各个步骤。
5.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-2中任一项所述的基于WebGL的图像渲染方法的各个步骤。
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