CN116433821B - 一种预生成视图点索引的三维模型渲染方法、介质及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种预生成视图点索引的三维模型渲染方法、介质及设备，所述方法包括：在整个三维场景空间中设置若干视图点，每一视图点具有对应的视图点索引，所述视图点索引用于记录该视图点与模型关系；在三维场景中漫游时，以某一视图点作为三维场景的视点，通过该视图点的视图点索引获取该视图点的所有可见模型，进行加载渲染。与现有技术相比，本发明能够对海量三维模型进行快速加载渲染，且不损失原始模型渲染视觉质量。
Description
技术领域
本发明涉及模型渲染技术领域，尤其是涉及一种预生成视图点索引的三维模型渲染方法、介质及设备。
背景技术
在传统的三维模型渲染应用中，经常需要面对的一个难题是，如果有数量非常多的三维模型需要加载和渲染，常常会由于数据量太大而导致三维模型渲染软件无法正常运行，出现严重卡顿甚至崩溃的现象，这种情况在众多三维可视化行业应用中都会遇到。例如如果需要对一个城市甚至一个省、乃至一个国家的全部三维建筑模型进行加载渲染。数据量往往会非常大，依靠现有的计算机硬件配置，想要在同一时间用同一台计算机全部加载所有模型进行渲染，几乎是不可能完成的任务。
在该应用领域中，处理此类问题的传统方法，一般是基于LOD方法对所有模型进行分层处理。即根据视野比例尺大小将整体视野分为若干个有限的级别，然后再按照级别，对所有模型数据进行简化处理。针对每一个视野级别，将三维模型进行简化，降低模型的精细度，对模型进行减面、抽稀工作。经过LOD处理，就把原先一份庞大的全量三维模型，处理成为对应多个级别的多份简化过的全量三维模型。由于模型都经过了简化处理，所以在每一个级别下，全量的三维模型数据的总体数据量，均被控制在了一个有限的总量之内。从而实现了在有限的计算机硬件配置情况下，对海量三维模型数据的全场景全视野加载和渲染。如中国专利CN102609990B公开的面向复杂三维CAD模型的海量场景渐进式更新算法。
以上这种传统的方法，优点是解决了海量三维模型数据的全场景加载和渲染问题，但是也有不足。传统方法的缺点是，由于对原始模型数据做了简化，因此模型渲染的视觉效果受到了损失，无法提现原始模型的本来面貌，会造成画面锯齿、粗糙等现象。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种预生成视图点索引的三维模型渲染方法、介质及设备，能够对海量三维模型进行快速加载渲染，且不损失原始模型渲染视觉质量。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种预生成视图点索引的三维模型渲染方法，该方法包括：
在整个三维场景空间中设置若干视图点，每一视图点具有对应的视图点索引，所述视图点索引用于记录该视图点与模型关系；
在三维场景中漫游时，以某一视图点作为三维场景的视点，通过该视图点的视图点索引获取该视图点的所有可见模型，进行加载渲染。
进一步地，所述视图点通过以下步骤选取：
构造整个三维场景的最小外包立方体；
取所述立方体的任一底面，将该底面划分为N*N的小方格；
以每一小方格的几何中心为基点，做垂直于该底面的垂线，获得一垂线段，该垂线段的起点为所述基点，终点为垂线与所述立方体的面的交点，在所述垂线段上取N个等分点，每一个等分点即为一个视图点。
进一步地，所述N的取值公式为：
N＝round(X/104)
式中，X为所有三维模型面的数量，round()表示取整函数。
进一步地，所述N大于或等于10。
进一步地，所述视图点索引通过以下步骤构建：
取一视图点，建立分别垂直于X轴、Y轴、Z轴的三个虚拟直线组，每个虚拟直线组中的每条虚拟直线均通过该视图点，每个虚拟直线组中的两邻两条虚拟直线具有设定夹角；
遍历每条虚拟直线，以该虚拟直线上的视图点为起点向两个方向延伸，记录所有延伸过程中相交的三维模型，并进行去重处理，构建所述视图点索引。
进一步地，所述设定夹角通过DCT算法获得。
进一步地，所述设定夹角为3.3度。
本发明还提供一种预生成视图点索引的三维模型渲染装置，包括：
视图点生成模块，用于在整个三维场景空间中设置若干视图点，每一视图点具有对应的视图点索引，所述视图点索引用于记录该视图点与模型关系；
快速渲染模块，用于在三维场景中漫游时，以某一视图点作为三维场景的视点，通过该视图点的视图点索引获取该视图点的所有可见模型，进行加载渲染。
本发明还提供一种计算机可读存储介质，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如上所述预生成视图点索引的三维模型渲染的指令。
本发明还提供一种电子设备，包括一个或多个处理器、存储器和被存储在存储器中的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如上所述预生成视图点索引的三维模型渲染的指令。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明在整个三维场景中构造视图点，每个视图点具有对应的用于记录该视图点与模型关系的视图点索引，通过视图点的选择进行海量三维模型的压缩，进行漫游时，直接以视图点作为三维场景的视点，通过对应视图点索引快速获取到该视图点对应的所有模型，然后将这些模型进行加载和渲染，可以实现全场景下海量三维模型数据的快速加载和渲染。
2、本发明对视图点及其视图点索引的构建进行了设计，通过DCT算法确定用于获取视图点与三维模型相关性的虚拟直线，在保证海量三维模型数据加载的快速性的同时，还保证了数据的原始质量。
附图说明
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明视图点索引的创建示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例提供一种预生成视图点索引的三维模型渲染方法，该方法包括以下步骤：
S101、在整个三维场景空间中设置若干视图点，以实现对通过对海量三维模型的压缩。
视图点为整个三维场景空间中规律分布的若干有限的空间点，为具有自己的具体空间位置的虚拟三维点，通过以下步骤选取：
构造整个三维场景的最小外包立方体，即设想有一个立方体，恰好能够包含整个三维模型数据场景；
取所述立方体的任一底面，将该底面划分为N*N的小方格，N的取值公式为：
N＝round(X/104)
式中，X为所有三维模型面的数量，round()表示取整函数，且当N的计算值小于10时，N直接取值为10；
以每一小方格的几何中心为基点，做垂直于该底面的垂线，获得一垂线段，该垂线段的起点为所述基点，终点为垂线与所述立方体的面的交点，在所述垂线段上取N个等分点，N的取值同上，每一个等分点即为一个视图点。
通过对视图点的选择，将一个大的三维场景进行分散索引，进而提高渲染效率。
S102、构建每一视图点对应的视图点索引，所述视图点索引用于记录该视图点与模型关系，就是用于表示在每一个视图点，需要加载和渲染的模型有哪些。
视图点索引的选择遵循三维建模基础贴图规范，通过二维图像呈现某个表面的最终信息。通过对贴图被指定到线框多边形的表面，给予模型最终的外观。要把一些列二维图像转换成视图点，需要进行视图点索引的创建，而进行视图点索引创建的过程中，主要通过对三维场景的模型进行压缩编码从而便于视图点索引的生成，此过程可以使用离散余弦变换编码算法将离散序列转换成系数序列。
在具体计算的过程中，我们可以二维图像中假设贴图的长度分别为M，N，则
根据离散余弦变换编码定义：
且/>
其中，Gc(m,n)指的是关于二维图像中长度为M、N的离散序列，其中m、n表示频域系数的索引，g(i,k)表示时域样本的索引，a(m)、a(n)分别为二维图像各序列的系数矩阵。
将预先分成小块的原型图像进行DCT变换后，高频部分包含了锐利的边缘信息，而低频部分包含了图像的主要信息，因此可以通过量化步骤有选择地消除高频部分，从而更好的计算视图点的生成规则。
为了简化计算，在实际计算过程中，我们将贴图的尺寸一般认为是正方形，因此其尺寸为2的N次方。即m＝n。
对于通过DCT算法输出矩阵中每个元素，在量化矩阵中的同一位置都有一个相应的量化值，范围是0～55。量化公式如下：
在很多的渲染情形下，一张很大的贴图仍然无法满足我们对精致程度的要求，当我们对一个平面的地形进行贴图，那么根据测试，即便我们使用2K的贴图，在离摄像机近的位置，贴图所需要的精度仍然超过4K。因此直接使用一张4K的贴图是非常不划算的，它在非压缩情况下需要占用大约80mb的大小。根据测试至少1024的贴图才可以严格满足精度要求。1024为2的10次方。因此在生成视图点的过程中，将三维模型场景的最小外包立方体，通过划分为N*N个小格子进行视图点分割。将N带入公式(1)，多次随机取样，结合DCT算法进行计算后得到均值θ为3.3度。因此我们将该值作为后期计算的经验依据。
为了生成视图点索引，根据视图点生成了若干虚拟直线，作为计算视图点与三维模型的工具。设计了相邻两条直线之间的夹角θ为3.3度，能够达到较好的效果。视图点索引通过以下步骤构建：
取任意一个视图点P1，建立分别垂直于X轴、Y轴、Z轴的三个虚拟直线组，每个虚拟直线组中的每条虚拟直线均通过该视图点，每个虚拟直线组中的两邻两条虚拟直线具有设定夹角θ，如图2所示；
遍历每条虚拟直线，以该虚拟直线上的视图点为起点向两个方向延伸，记录所有延伸过程中相交的三维模型，构建所述视图点索引。
在遍历虚拟直线，若存在重复相交的三维模型，则进行去重处理。
遍历所有的视图点，从而生成所有视图点与三维模型的相关性记录。
S103、在三维场景中漫游时，以某一视图点作为三维场景的视点，通过该视图点的视图点索引获取该视图点的所有可见模型，进行加载渲染。
当在三维场景中进行漫游的时候，可以将视点移动到其他视图点，并加载相应模型，就能够实现全场景的模型加载和渲染。
上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
实施例2
本实施例提供一种电子设备，包括一个或多个处理器、存储器和被存储在存储器中的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如实施例1所述预生成视图点索引的三维模型渲染的指令。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (8)
1.一种预生成视图点索引的三维模型渲染方法，其特征在于，该方法包括：
在整个三维场景空间中设置若干视图点，每一视图点具有对应的视图点索引，所述视图点索引用于记录该视图点与模型关系；
在三维场景中漫游时，以某一视图点作为三维场景的视点，通过该视图点的视图点索引获取该视图点的所有可见模型，进行加载渲染；
所述视图点通过以下步骤选取：
构造整个三维场景的最小外包立方体；
取所述立方体的任一底面，将该底面划分为N*N的小方格；
以每一小方格的几何中心为基点，做垂直于该底面的垂线，获得一垂线段，该垂线段的起点为所述基点，终点为垂线与所述立方体的面的交点，在所述垂线段上取N个等分点，每一个等分点即为一个视图点；
所述视图点索引通过以下步骤构建：
取一视图点，建立分别垂直于X轴、Y轴、Z轴的三个虚拟直线组，每个虚拟直线组中的每条虚拟直线均通过该视图点，每个虚拟直线组中的两邻两条虚拟直线具有设定夹角；
遍历每条虚拟直线，以该虚拟直线上的视图点为起点向两个方向延伸，记录所有延伸过程中相交的三维模型，并进行去重处理，构建所述视图点索引。
2.根据权利要求1所述的预生成视图点索引的三维模型渲染方法，其特征在于，所述N的取值公式为：
N＝round(X/104)
式中，X为所有三维模型面的数量，round()表示取整函数。
3.根据权利要求2所述的预生成视图点索引的三维模型渲染方法，其特征在于，所述N大于或等于10。
4.根据权利要求1所述的预生成视图点索引的三维模型渲染方法，其特征在于，所述设定夹角通过DCT算法获得。
5.根据权利要求1所述的预生成视图点索引的三维模型渲染方法，其特征在于，所述设定夹角为3.3度。
6.一种预生成视图点索引的三维模型渲染装置，其特征在于，包括：
视图点生成模块，用于在整个三维场景空间中设置若干视图点，每一视图点具有对应的视图点索引，所述视图点索引用于记录该视图点与模型关系；
快速渲染模块，用于在三维场景中漫游时，以某一视图点作为三维场景的视点，通过该视图点的视图点索引获取该视图点的所有可见模型，进行加载渲染；
所述视图点通过以下步骤选取：
构造整个三维场景的最小外包立方体；
取所述立方体的任一底面，将该底面划分为N*N的小方格；
以每一小方格的几何中心为基点，做垂直于该底面的垂线，获得一垂线段，该垂线段的起点为所述基点，终点为垂线与所述立方体的面的交点，在所述垂线段上取N个等分点，每一个等分点即为一个视图点；
所述视图点索引通过以下步骤构建：
取一视图点，建立分别垂直于X轴、Y轴、Z轴的三个虚拟直线组，每个虚拟直线组中的每条虚拟直线均通过该视图点，每个虚拟直线组中的两邻两条虚拟直线具有设定夹角；
遍历每条虚拟直线，以该虚拟直线上的视图点为起点向两个方向延伸，记录所有延伸过程中相交的三维模型，并进行去重处理，构建所述视图点索引。
7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括供电子设备的一个或多个处理器执行的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-5任一所述预生成视图点索引的三维模型渲染的指令。
8.一种电子设备，其特征在于，包括一个或多个处理器、存储器和被存储在存储器中的一个或多个程序，所述一个或多个程序包括用于执行如权利要求1-5任一所述预生成视图点索引的三维模型渲染的指令。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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