CN116109745A - 一种基于实例化技术的对象渲染方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种基于实例化技术的对象渲染方法及装置，其中，该方法针对三维场景下模型的表现细节逐渐增多的情况，从GPU实例化技术出发，实现了基于同一卡牌模型的多个卡牌实例的合批渲染。在制作模型时为模型制作多套贴图和对应的UV贴图，进一步的在同一个材质球中将具有类似属性的纹理贴图或其他类型的贴图进行合并；在对模型的实例进行渲染时，通过建立模型的脚本对不同模型实例的材质属性进行动态设置，通过UV的偏移值在合并贴图中进行定位，从而符合了GPU实例化渲染的要求，进而实现了通过同一个模型完成多个不同实例的合批渲染。

Description

一种基于实例化技术的对象渲染方法及装置

技术领域

本申请涉及计算机技术领域，特别涉及一种基于实例化技术的对象渲染方法及装置、计算设备和计算机可读存储介质。

背景技术

现有的三维渲染技术中，和批处理(Batching)是一种常见的渲染优化技术，其中Batching又包括了Static batching(静态合批)、Dynamic batching(动态合批)。现有技术中通常使用动态合批技术，但是它的缺点是会带来而额外的CPU消耗、且同一批次处理的顶点属性需要小于900个(如果使用了顶点坐标、法线，UV、切线等，这个数量会更小)、在每一帧进行网格合并还导致了额外的内存开销等等，针对较复杂的模型和表现细节较多的三维场景中，动态合批技术并不适用，因此亟需一种方法来解决较复杂模型和场景下的渲染优化问题。

发明内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种基于实例化技术的对象渲染方法及装置、计算设备和计算机可读存储介质，以解决现有技术中存在的技术缺陷。

根据本申请实施例的第一方面，提供了一种基于实例化技术的对象渲染方法，包括：

构建渲染模型以及该渲染模型的多个纹理贴图和UV贴图；

为所述模型的渲染组件添加脚本，在所述脚本中对模型实例的材质属性进行动态设置；

根据所述模型生成多个模型实例，在着色器中根据每个模型实例的材质属性进行模型实例的渲染。

根据本申请实施例的第二方面，提供了一种基于实例化技术的对象渲染装置，包括：

构建单元，用于构建渲染模型以及该渲染模型的多个纹理贴图和UV贴图；

脚本单元，用于为所述模型的渲染组件添加脚本，在所述脚本中对模型实例的材质属性进行动态设置；

渲染单元，用于根据所述模型生成多个模型实例，在着色器中根据每个模型实例的材质属性进行模型实例的渲染。

根据本申请实施例的第三方面，提供了一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机指令，所述处理器执行所述指令时实现所述基于实例化技术的对象渲染方法的步骤。

根据本申请实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现所述基于实例化技术的对象渲染方法的步骤。

本申请实施例中，为了实现基于同一卡牌模型的多个卡牌实例的合批渲染，在制作模型时为模型制作多套贴图和对应的UV贴图，进一步的在同一个材质球中将具有类似属性的纹理贴图或其他类型的贴图进行合并；在对模型的实例进行渲染时，通过建立模型的脚本对不同模型实例的材质属性进行动态设置，通过UV的偏移值在合并贴图中进行定位，从而符合了GPU实例化渲染的要求，进而实现了通过同一个模型完成多个不同实例的合批渲染。

附图说明

图1是本申请实施例提供的计算设备的结构框图；

图2是本申请实施例提供的一种基于实例化技术的对象渲染方法的流程示意图；

图3是本申请实施例提供的一种卡牌模型的网格示意图；

图4a是本申请实施例提供的基于实例化技术的对象渲染方法中对纹理贴图进行合并的示意图；

图4b是本申请实施例提供的基于实例化技术的对象渲染方法中对纹理贴图进行合并的另一示意图；

图4c是本申请实施例提供的基于实例化技术的对象渲染方法中对粗糙度贴图进行合并的一示意图；

图5是根据本申请实施例提供的卡牌模型渲染出的卡牌实例示意图；

图6是本申请实施例提供的一种基于实例化技术的对象渲染装置的一结构示意图。

具体实施方式

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

在本申请一个或多个实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请一个或多个实施例。在本申请一个或多个实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本申请一个或多个实施例中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请一个或多个实施例中可能采用术语第一、第二等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请一个或多个实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“响应于确定”。

在本申请中，提供了一种基于实例化技术的对象渲染方法及装置、计算设备和计算机可读存储介质，在下面的实施例中逐一进行详细说明。

图1示出了根据本申请实施例的计算设备100的结构框图。该计算设备100的部件包括但不限于存储器110和处理器120。处理器120与存储器110通过总线130相连接，数据库150用于保存数据。

计算设备100还包括接入设备140，接入设备140使得计算设备100能够经由一个或多个网络160通信。这些网络的示例包括公用交换电话网(PSTN)、局域网(LAN)、广域网(WAN)、个域网(PAN)或诸如因特网的通信网络的组合。接入设备140可以包括有线或无线的任何类型的网络接口(例如，网络接口卡(NIC))中的一个或多个，诸如IEEE802.11无线局域网(WLAN)无线接口、全球微波互联接入(Wi-MAX)接口、以太网接口、通用串行总线(USB)接口、蜂窝网络接口、蓝牙接口、近场通信(NFC)接口，等等。

在本申请的一个实施例中，计算设备100的上述部件以及图1中未示出的其他部件也可以彼此相连接，例如通过总线。应当理解，图1所示的计算设备结构框图仅仅是出于示例的目的，而不是对本申请范围的限制。本领域技术人员可以根据需要，增添或替换其他部件。

计算设备100可以是任何类型的静止或移动计算设备，包括移动计算机或移动计算设备(例如，平板计算机、个人数字助理、膝上型计算机、笔记本计算机、上网本等)、移动电话(例如，智能手机)、可佩戴的计算设备(例如，智能手表、智能眼镜等)或其他类型的移动设备，或者诸如台式计算机或PC的静止计算设备。计算设备100还可以是移动式或静止式的服务器。

在现有技术中，多使用静态和批和动态和批来实现渲染优化的目的，其中静态合批采用了以空间换时间的策略来提升渲染效率，但采用该技术的应用软件打包之后体积增大，运行时所占用的内存体积也会增大，需要额外的内存来存储合并的几何体，有可能会产生严重的内存影响。而动态和批技术在进行场景绘制之前将所有的共享同一材质的模型的顶点信息变换到世界空间中，然后通过一次Draw call绘制多个模型，达到合批的目的。但由于模型顶点变换的操作是由CPU完成的，会带来一些CPU的性能消耗，除此之外，使用了顶点坐标、法线、UV，那么每个模型不能超过300个顶点，如果还使用了UV0、UV1和切线，不能150个顶点。因此，对于例如游戏中的多个复杂对象渲染，上述技术都不适用。除此之外，还有一种GPU Instancing(GPU实例化)渲染技术，该技术不采用对网格的合并操作来减少Drawcall，处理过程是提交一个模型网格让GPU在多个地方绘制，这些不同的地方绘制的模型网格可以对缩放大小、旋转角度和坐标等材质属性有不同的操作，各个模型需要的材质球虽然需要相同但材质球属性可以有各自的区别。因此，普通的实例化渲染通常会用于渲染草、植被这样具有很多重复对象的场景来提高渲染性能，但是对于大量不完全一致的模型却无法胜任批量渲染，例如在卡牌项目中，几乎每一种牌的纹理贴图都是不一样的。

因此，在本申请实施例中，为了解决上述问题，提出了一种基于实例化技术的对象渲染方法，参见图2，图2示出了根据本申请一实施例提供的一种基于实例化技术的对象渲染方法的流程图，包括步骤202至步骤206。

步骤202：构建渲染模型以及该渲染模型的多个纹理贴图和UV贴图。

在一种可行的实施方式中，针对三维场景下模型的表现细节逐渐增多的情况，构建例如图3所示的卡牌模型，在该卡牌模型中具有较多的顶点和顶点属性，无法利用诸如动态和批技术对场景中的多个卡牌模型继续渲染优化。

因此在一个具体的实施例中，在场景下需要对大量具有相同网格的上述卡牌模型进行渲染，但是每张卡牌的显示内容又有所区别时，针对该卡牌模型建立多个纹理贴图和多套UV贴图。

进一步的，在为模型建立多个纹理贴图时，分别建立与之对应的UV贴图；具体的，可以为上述卡牌模型分别建立例如牌面，牌背，牌号，牌花，和牌，宝牌等纹理贴图与对应的多个UV贴图。本领域技术人员应当知晓，可以根据业务的需求以及模型类型建立多套不同的纹理贴图和UV贴图，并不局限于上述例子。

进而，在同一个材质球中将上述具有类似属性的纹理贴图进行合并。例如牌面贴图和牌背贴图针对的是卡牌整体结构的渲染，因此可以将这两个纹理贴图进行合并，得到牌面-牌背贴图，如图4a所示；又例如，牌号和牌花在模型上的位置相近、大小相同，因此可以将这两个纹理贴图也进行合并，得到牌号-牌花贴图，如图4b所示。进一步的，完成纹理贴图合并后，建立与合并后纹理贴图中不同种类的纹理所对应的多个UV贴图，例如为牌面-牌背贴图建立牌面UV贴图以及牌背UV贴图。

本领域技术人员应当知晓，上述纹理贴图合并方式仅为例举，针对模型的不同纹理贴图进行合并处理时并不局限于上述举例。

可选的，还可以对模型其他相同类型的贴图进行合并，例如对多个粗糙度贴图进行合并，将不同类型的粗糙度贴图，如图4c所示，将金属贴图和普通贴图都合并到同一个粗糙度贴图中。其他类型的贴图还包括，例如，法线贴图等。

通过上述合并贴图的方式，使得多个模型实例渲染效果的替换无需更换模型的材质球，所有的模型实例使用同一个材质球满足了GPU实例化和批渲染的要求。

步骤204：为模型的渲染组件添加脚本，在脚本中对模型实例的材质属性进行动态设置。

GPU实例化渲染技术中，通过CPU提交一个模型网格到GPU使得GPU在多个位置进行绘制来实现模型的批量渲染，虽然各个模型实例的材质球需要相同但材质球的属性可以有各自的区别。

因此，在一种可行的实施方式中，对模型的渲染组件添加脚本，用于对上述模型的材质属性进行修改。

具体的，在上述脚本中通过Unity引擎的材质属性块MaterialPropertyBlock对模型的材质属性进行修改，通过该方式不会产生新的材质，但是可以为每个模型实例对象设置不同的材质属性，如下代码所示：

MaterialPropertyBlock propertyBlock＝MaterialUtil.PropertyBlock；

_renderer.GetPropertyBlock(propertyBlock)；

进一步的，通过MaterialPropertyBlock的SetVector方法设置每个模型实例中不同纹理贴图的UV偏移值，

propertyBlock.SetVector(ShaderProperty.Vector0ID,_v0)；//设置牌面或牌背的UV偏移

propertyBlock.SetVector(ShaderProperty.Vector1ID,_v1)；//设置牌号或牌花的UV偏移

例如上述代码中，生成一个Vector0ID变量用于表示牌花和牌号的UV偏移值，生成一个Vector1ID变量用于表示牌面和牌背的UV偏移值，应当知晓，不同纹理贴图的UV偏移值的计算基于步骤202中构建的与纹理贴图对应的UV贴图计算得到。

进一步的，还可以通过MaterialPropertyBlock的其他方法为模型实例设置其他的材质属性，

propertyBlock.SetInt(ShaderProperty.Intensity0or1ID,_intensity0or1)；//卡牌模型是否选中

propertyBlock.SetInt(ShaderProperty.MsIndex,_mxIndex)；//设置粗糙度贴图索引

propertyBlock.SetColor("_CardColor",_CardColor)；//设置卡牌颜色

_renderer.SetPropertyBlock(propertyBlock)；//将属性设置给模型实例的渲染组件

步骤206：根据上述模型生成多个模型实例，在着色器中根据每个模型实例的材质属性进行渲染。

在一个可行的实施方式中，为上述卡牌模型建立着色器shader，在渲染组件的着色器中根据上述脚本中为每个模型实例的材质属性对模型实例进行渲染。

UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props,_Vector0)；

UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props,_Vector1)；

UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props,_Vector2)；

UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props,_MSIndex)；

UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float4,_CardColor)

在着色器上述代码中，获取了上述脚本中为模型实例设置的材质属性，进而根据该材质属性对模型实例进行渲染，例如根据当前牌面的UV偏移值计算得到UV坐标，进而将牌面-牌背贴图的指定部分渲染到卡牌模型的牌面网格上。

进一步的，在着色器中根据其他的材质属性对卡牌模型的实例进行渲染，例如根据粗糙度贴图索引MsIndex计算得到粗糙度贴图的UV后，为牌背进行普通或金属效果的渲染；根据卡牌颜色属性CardColor为不同卡牌实例的颜色进行渲染等。从而实现了仅向GPU提交一个卡牌模型，批量渲染多个不同模型实例的效果，如图5所示，通过图3的同一个扑克牌模型，在同一个场景中生成了多张不同的扑克牌。

在本申请的上述实施例中，为了实现基于同一模型的多个实例的合批渲染，在制作模型时为模型制作多套贴图和对应的UV贴图，进一步的在同一个材质球中将具有类似属性的纹理贴图或其他类型的贴图进行合并，而不是使用多个材质球。在对模型的实例进行渲染时，通过建立模型的脚本对不同模型实例的材质属性进行动态设置，即通过UV的偏移值在合并贴图中进行定位，从而符合了GPU实例化渲染的要求，进而实现了通过同一个模型完成多个不同实例的合批渲染。本申请所实现的合批渲染效果在卡牌项目中是前所未有的，在卡牌项目中，每一种牌的贴图都不一样，通过合并贴图以及UV偏移将本申请与以往的GPU实例化渲染方案区别开来，能够实现场景中所有卡牌通过一次Drawcall就能渲染完成。

与上述方法实施例相对应，本申请还提供了一种基于实例化技术的对象渲染装置的实施例，如图5所示，该装置包括：

构建单元，用于构建渲染模型以及该渲染模型的多个纹理贴图和UV贴图；

脚本单元，用于为所述模型的渲染组件添加脚本，在所述脚本中对模型实例的材质属性进行动态设置；

渲染单元，用于根据所述模型生成多个模型实例，在着色器中根据每个模型实例的材质属性进行模型实例的渲染。

上述为本实施例的一种基于实例化技术的对象渲染装置的示意性方案。需要说明的是，该装置的技术方案与上述的一种基于实例化技术的对象渲染方法的技术方案属于同一构思，该装置的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见上述一种基于实例化技术的对象渲染方法的技术方案的描述。

本申请一实施例中还提供一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机指令，所述处理器执行所述指令时实现所述的一种基于实例化技术的对象渲染方法的步骤。

上述为本实施例的一种计算设备的示意性方案。需要说明的是，该计算设备的技术方案与上述的一种基于实例化技术的对象渲染方法的技术方案属于同一构思，计算设备的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见上述一种基于实例化技术的对象渲染方法的技术方案的描述。

本申请一实施例还提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，该指令被处理器执行时实现如前所述一种基于实例化技术的对象渲染方法的步骤。

上述为本实施例的一种计算机可读存储介质的示意性方案。需要说明的是，该存储介质的技术方案与上述的一种基于实例化技术的对象渲染方法的技术方案属于同一构思，存储介质的技术方案未详细描述的细节内容，均可以参见上述一种基于实例化技术的对象渲染方法的技术方案的描述。

上述对本申请特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。

所述计算机指令包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括电载波信号和电信信号。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定都是本申请所必须的。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上公开的本申请优选实施例只是用于帮助阐述本申请。可选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本申请的内容，可作很多的修改和变化。本申请选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本申请的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本申请。本申请仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (10)

1.一种基于实例化技术的对象渲染方法，其特征在于，包括：

构建渲染模型以及该渲染模型的多个纹理贴图和UV贴图；

为所述模型的渲染组件添加脚本，在所述脚本中对模型实例的材质属性进行动态设置；

根据所述模型生成多个模型实例，在着色器中根据每个模型实例的材质属性进行模型实例的渲染。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述构建渲染模型以及该渲染模型的多个纹理贴图和UV贴图包括：

将具有类似属性的多个纹理贴图进行合并，并建立与合并后纹理贴图中不同类型的纹理所对应的多个UV贴图；所述合并后纹理贴图在同一个材质球中。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，该方法还包括：

对所述模型的其他相同类型的贴图进行合并，所述其他相同类型的贴图包括但不限于粗糙度贴图、法线贴图。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述脚本中对模型实例的材质属性进行动态设置包括：

在所述脚本中设置每个模型实例中不同纹理贴图的UV偏移值。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述脚本中对模型实例的材质属性进行动态设置包括还包括：

在所述脚本中为模型实例设置除了纹理贴图外的其他多个材质属性。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，在着色器中根据每个模型实例的材质属性进行模型实例的渲染包括：

根据所述模型实例的UV偏移值，将对应贴图的指定部分渲染到模型的网格上。

7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述模型为卡牌模型，所述合并后纹理贴图包括但不限于牌面-牌背贴图、牌号-牌花贴图以及其他特效贴图。

8.一种基于实例化技术的对象渲染装置，其特征在于，包括：

构建单元，用于构建渲染模型以及该渲染模型的多个纹理贴图和UV贴图；

脚本单元，用于为所述模型的渲染组件添加脚本，在所述脚本中对模型实例的材质属性进行动态设置；

渲染单元，用于根据所述模型生成多个模型实例，在着色器中根据每个模型实例的材质属性进行模型实例的渲染。

9.一种计算设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机指令，其特征在于，所述处理器执行所述指令时实现权利要求1-7任意一项所述方法的步骤。

10.一种计算机可读存储介质，其存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现权利要求1-7任意一项所述方法的步骤。

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