CN116993890A - 车道纹理生成方法、装置、设备及介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车道纹理生成方法、装置、设备及介质，所述方法包括获取第一车道纹理；根据预设函数计算第一车道纹理中的车道纹理变动值；利用所述车道纹理变动值对所述第一车道纹理进行修正，生成第二车道纹理。本发明通过对车道纹理进行修正，能够使得仿真出的车道纹理更贴近真实车道情况，从而提高自动驾驶模拟仿真结果的准确性。

Description

车道纹理生成方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及自动驾驶技术领域，尤其涉及一种车道纹理生成方法、装置、设备及介质。

背景技术

自动驾驶模拟仿真是进行虚拟道路的主要方法，在自动驾驶模拟仿真中，场景真实度非常重要，它可以帮助理解评估自动驾驶汽车的性能和行为。但是由于资源限制，在虚拟世界中很难还原真实世界的场景，只能使用一些自定义的道路和数字资产，如根据通用协议所产生的道路模型和原本用于游戏的建筑、环境模型等。

然而，采用上述方式进行仿真时往往会导致以下问题：1)场景真实度的差异可能会影响算法的训练与验证结果，从而影响到模拟结果的准确性和可信度；2)无法覆盖所有情况，会导致模拟结果与真实世界的情况存在差异；3)缺乏真实数据的支持，无法准确判断仿真场景中算法模块的误判是算法本身的问题还是仿真场景的问题。

发明内容

为了解决上述提出的至少一个技术问题，本发明提供一种车道纹理生成方法、装置、设备及介质，能够使得仿真出的车道纹理更贴近真实情况，从而提高自动驾驶模拟仿真结果的准确性。

第一方面，本发明提供了一种车道纹理生成方法，所述方法包括：

获取第一车道纹理；

根据预设函数计算第一车道纹理中的车道纹理变动值；

利用所述车道纹理变动值对所述第一车道纹理进行修正，生成第二车道纹理。

在一种可能实现的方式中，所述获取第一车道纹理，包括：

建立真实车道的纹理坐标，获得与纹理坐标对应的真实车道的纹理贴图；

根据所述纹理贴图进行渲染，生成第一车道纹理。

在一种可能实现的方式中，所述真实车道的纹理贴图，包括颜色贴图、法线贴图、发光度贴图和/或金属度贴图。

在一种可能实现的方式中，所述建立真实车道的纹理坐标，包括：

分别以车道排列方向和延伸方向为轴，以真实车道的某一顶点为原点，建立纹理坐标系；

在所述纹理坐标系中建立真实车道的纹理坐标，其中，所述纹理坐标中的第一坐标和第二坐标的取值范围均为(0，1)。

在一种可能实现的方式中，所述预设函数包括颜色修正函数，所述颜色修正函数为关于所述第一坐标的函数。

在一种可能实现的方式中，所述颜色修正函数包括三角函数。

在一种可能实现的方式中，所述预设函数还包括法线修正函数，所述法线修正函数为关于所述第一坐标和/或所述第二坐标的函数。

第二方面，本发明还提供了一种车道纹理生成装置，所述装置包括：

获取单元，用于获取第一车道纹理；

计算单元，用于根据预设函数计算第一车道纹理中的车道纹理变动值；

修正单元，用于利用所述车道纹理变动值对所述第一车道纹理进行修正，生成第二车道纹理。

第三方面，本发明还提供了一种处理器，所述处理器用于执行如上述任意一种可能实现的方式的方法

第四方面，本发明提供了一种电子设备，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序代码，所述计算机程序代码包括计算机指令，当所述处理器执行所述计算机指令时，所述电子设备执行如上述第一方面及其任意一种可能实现的方式的方法。

第五方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如上述第一方面及其任意一种可能实现的方式的方法。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明公开了一种车道纹理生成方法、装置、设备及介质，所述方法包括：获取第一车道纹理；根据预设函数计算第一车道纹理中的车道纹理变动值；利用所述车道纹理变动值对所述第一车道纹理进行修正，生成第二车道纹理。本发明基于预设函数计算车道纹理变动值，以对渲染得到的第一车道纹理进行修正，能够使得仿真出的车道纹理更贴近真实车道情况，从而提高自动驾驶模拟仿真结果的准确性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，而非限制本公开。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或背景技术中的技术方案，下面将对本发明实施例或背景技术中所需要使用的附图进行说明。

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，这些附图示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于说明本公开的技术方案。

图1为本发明某一实施例提供的一种车道纹理生成方法的流程示意图；

图2为图1中步骤S10的子步骤的流程示意图；

图3为现有的车道纹理坐标系建立的原理示意图；

图4为本发明某一实施例提供的车道纹理坐标系建立的原理示意图；

图5为本发明某一实施例提供的一种车道纹理生成装置的结构示意图；

图6为本发明某一实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他步骤或单元。

本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中术语“至少一种”表示多种中的任意一种或多种中的至少两种的任意组合，例如，包括A、B、C中的至少一种，可以表示包括从A、B和C构成的集合中选择的任意一个或多个元素。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本发明的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

另外，为了更好地说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本发明同样能够实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

在自动驾驶模拟仿真过程中，场景的真实度非常重要，它能够帮助理解和评估自动驾驶车辆的性能和行为。由于资源限制，目前只能使用一些自定义的道路和数字资产，或依靠数字孪生技术来尽可能地还原真实场景的形态。然而，自定义道路模型时，场景真实度会各有不同，且无法覆盖真实道路情况，因此会影响自动驾驶仿真测试的结果，且导致模拟结果与真实世界的情况也存在差异。由于场景真实度无法保证，在仿真过程中也无法区分驾驶异常是由于算法本身的问题还是场景的问题，也不利于对算法的训练和迭代。数字孪生技术虽然以提高仿真真实度为目标，但是该技术还处于理论探究阶段，对于场景的完全真实化数字重建需要投入大量资源，成本十分高昂。为了解决上述问题，本实施例旨在提供一种车道纹理生成方法，通过考虑道路语义信息，在较低成本的情况下，对于自定义车道纹理进行修正，从而使其更加符合真实车道纹理。

为了便于本领域技术人员理解本发明的具体实施例，首先对本发明涉及的相关术语进行解释：

语义信息：指的是物体、地形、路标等元素的语义含义及其在场景中的位置和相互关系，以及与自动驾驶车辆交互的所有信息。这些信息的含义和作用对于车辆的自主导航和决策具有重要的意义。

数字资产：数字资产通常指的是场景中的各种元素所对应的数字化描述和模型，包括但不限于道路、车辆、行人、建筑物、地形、气象和交通情况等元素。这些数字资产可以被直接应用于各种仿真、测试、验证和数据驱动的机器学习中。本发明中主要指地图与道路模型。

高精度地图：高精度地图是指相对于普通数字地图而言，各种元素位置、属性、形态等信息更加精细和准确的地图，包含更加精细的道路信息和车道信息，包括道路宽度、车道数量、车道标线、路口规划以及地形地貌信息等。在自动驾驶领域，高精度地图通常由传感器采集得来，并需要进行厘米级别的精细人工标注。

纹理贴图：纹理通常指物体表面的颜色、凹凸、光线反射与吸收情况等信息，包含这些信息以及与物体表面对应关系的图片被称之为纹理贴图。纹理贴图可以用来实现复杂的表面效果，比如木纹、花纹、石纹、皮纹、布纹等。在仿真领域中，纹理贴图是非常重要的技术手段，它可以提高传感器输出的真实度和品质。

随机数种子：随机数种子(RandomSeed)通常是一个整数，用于指定生成随机数的起始状态。随机数种子在生成随机数的过程中起着关键的作用，它决定了每次生成的随机数序列和顺序，使得程序可以产生特定的随机数据序列。当给定相同的种子时，随机数生成器将会产生完全相同的随机数序列。

请参阅图1，图1为本发明实施例(一)提供的一种车道纹理生成方法的流程示意图。

S10、获取第一车道纹理。

纹理通常指物体表面的颜色、凹凸、光线反射与吸收情况等信息，包含这些信息以及与物体表面对应关系的图片被称之为纹理贴图。因此，车道纹理也即车道中具体包含的纹理信息，通过这些车道纹理信息能够反应车道的表现形态。在计算机图形学中，纹理贴图(Texture Mapping)用于增强现实场景中物体表面的真实感和细节。通过一个二维图像(纹理)被映射到一个三维物体表面上，能够提供更丰富的细节和真实感。

本实施例中，第一车道纹理通常是基于自定义车道模型或数字资产中车道模型的车道纹理信息。

为了节省时间和成本，现有方法在自定义车道模型时，车道贴图通常采用美术人员预制作的道路纹理贴图或模拟柏油颜色的纯色贴图。但是，预制作的道路纹理贴图在细节处理上相对粗糙，很难还原真实车道形态和纹理，而纯色贴图显然也忽略了真实车道的各种信息，例如车道线，包括虚线、黄线、白线、禁停线等等。因此，自定义的车道模型的视觉效果会与真实的车道效果产生较大差异。为了进一步提高车道纹理的真实度，本实施例在自定义车道模型时，会尽可能地考虑还原车道地真实度，并根据车道的实际纹理信息进行建模和渲染，例如采集表征颜色、法线方向、切线方向、发光度和金属度信息的纹理贴图，然后基于这些纹理贴图，通过组合的方式来确定仿真最终所需要的纹理贴图，确定好后通过渲染得到第一车道纹理。

通过上述方式，由于选择更多的纹理贴图信息来自定义车道模型，相较于现有的纯色贴图或根据经验预制作的贴图相比，其渲染后的车道视觉效果会大大提升，场景真实度也能够大大提升，以更加贴近真实车道情况。

可以理解的是，在对表征颜色、法线方向、切线方向、发光度和金属度信息的纹理贴图进行组合时，可以任意选择两个或两个以上的纹理贴图进行叠加，例如只选择表征颜色、法线方向的纹理贴图进行叠加，也可以选择对表征颜色、法线方向、发光度和金属度信息的纹理贴图同时叠加，具体选择数量可以根据实际建模需求所定，此处不进行任何限定。

可以看出，上述实施例中，自定义车道模型是在步骤S10中实时去生成的，需要匹配不同的仿真需求来进行纹理贴图的选择，进而通过渲染以构建车道模型。而实时渲染对于图形处理单元GPU的算力具有一定要求，且在获取第一车道纹理的时效性上也有待提高。因此，在一个实施例中，为了快速获得第一道路纹理，还可以从数字资产中直接调用。其中，数字资产主要指地图和道路模型，在基于数字资产获得第一车道纹理时，可以直接调用数据库中存储的车道模型，这些车道模型通常是在历史仿真测试时所用到的车道模型，并且经过了质量的筛选，在车道真实度上有一定的保证。因此，当图形处理单元GPU算力不够，或者需要快速获取第一道路纹理时，可以通过这种方式直接调用，提高后续仿真测试的效率。

S20、根据预设函数计算第一车道纹理中的车道纹理变动值。

为了理解真实车道的纹理变动，需要对真实道路的语义信息和车道的使用情况进行说明：

由于车辆的长期行驶，某条车道的颜色与光线反射状态垂直于车道的延伸方向呈现着交替的均匀分布。由于车轮经过单个车道的中心及边缘的时间较少；此处道路的磨损痕迹通常较轻，道路表面的铺设面颜色较深，且高光反射较轻微(表面更粗糙)；在道路中心线的两侧(道路边缘的内侧)，由于绝大部分车辆会选择沿此轨迹线行驶，道路的磨损痕迹通常较重，道路表面的铺设面颜色变浅，且高光反射较为明显(表面更光滑)。与此同时，对于部分路段，道路存在新修表面与旧表面并行的状态，后修建的表面通常颜色较深，且分界线水平于车道线的延伸方向。

在高速路上与部分可进行特殊标注的路段上，会有大型车辆从外侧道路行驶，而这些载荷较大的车辆会对道路的磨损状况造成更大的影响，也就是说磨损痕迹本身会由里侧车道向外侧车道依次变得更加明显。

根据上述内容可知，真实车道的纹理会因为车道使用情况发生变化，而影响车道纹理的因素包含车道的使用次数、经过车道的车辆重量或车辆紧急制动等等。通常，车道使用越多的位置，表面越光滑，颜色越浅；经过车道的行车重量越大，车道表面也会铺设颜色也会越浅，而长期存在紧急制动的车道路段也会出现磨损严重，表面颜色越浅的问题。基于上述情况，在拥有了实际采集并标注的道路的语义信息(如道路行驶方向、道路宽度、道路距离最内侧车道边缘距离等)的情况下，可以计算车道在某个具体位置的车道纹理变化值。

通常，车道纹理变化值可以是颜色变化和法线方向变化。可以理解，由于车道真实使用情况会导致车道不同位置的铺设颜色发生变化，表面粗糙度也会相应变化，进而导致表面反射、散射光的能力也发生变化。由于表面光滑度变化后，其车道所在的面也会发生凹陷或突起，进而导致光源进入车道表面时，反射光线的位置也改变了。如此法线方向也发生了变动。因此通过对颜色变化和法线方向变化进行考量，能够反映出第一车道纹理中的车道纹理变化值。

预设函数主要为根据车道真实语义信息所构建的函数，通过车道的实际纹理情况，可以确定影响纹理的参数，通过离散的点进行拟合进而发现参数与纹理变化的规律。例如当纹理信息选定为颜色时，可以将影响纹理参数的自变量选定为位置(距离)，不同的位置纹理变动会有不同，可以采集车道上多个位置的颜色信息，然后将这多个点拟合，以得到颜色信息随位置变化的函数，进而生成预设函数，最终采用预设函数快速计算出第一车道纹理中的车道纹理变化值。

S30、利用车道纹理变动值对第一车道纹理进行修正，生成第二车道纹理。

本步骤中，只需要对利用车道纹理变动值对第一车道纹理进行修正，即可生成更加符合真实车道场景的第二车道纹理，最终将该第二车道纹理用于道路模型建模和自动驾驶仿真测试中。

因此，上述实施例通过构建预设函数，并采用预设函数计算第一车道纹理中的车道纹理变动值，最终通过车道纹理变动值修正第一道路纹理，使得最终生成的第二车道纹理的真实度大大提高，有利于自动驾驶仿真测试过程的开展，以及提高其测试结果的准确度。

参见图2，图2提供了一种获取第一车道纹理的流程示意图。在一个具体地实施例中，步骤S10中获取第一车道纹理具体包括以下子步骤：

S101、建立真实车道的纹理坐标，获得与纹理坐标对应的真实车道的纹理贴图；

纹理坐标(Texture Coordinates)也称为“纹理映射坐标”或“纹理UV坐标”，是在三维图形中用来索引纹理图像上的像素颜色的一组二维坐标。它的元素是一些颜色值，单个的颜色值被称为纹理元素(texture elements)或纹理像素(texe)。每一个纹理像素在纹理中都有一个唯一的地址。这个地址可以被认为是一个列(column)和行(row)的值，它们分别由U和V来表示。纹理坐标位于纹理空间中。也就是说，它们和纹理中的(0.0)位置相对应，当我们将一个纹理应用于一个图元时，它的纹理像素地址必须要映射到对象坐标系中。然后再被平移到屏幕坐标系或像素位置上。

纹理坐标通常是在顶点着色器中提供的，然后由图形处理单元(GPU)插值计算，形成每个像素的纹理坐标。然后，通过使用这些纹理坐标查询纹理图像中的颜色，就可以将纹理映射到三维模型表面上。

在计算机图形编程中，纹理是在三维模型表面贴图的常用技术，通过给模型表面贴上可重复的图像，可以让模型看起来更加逼真，各个表面之间也更加流畅。因此，通过纹理坐标可以在三维模型表面上定位并渲染纹理。

在进行纹理贴图时，需要在三维物体表面上选择一个合适的纹理样本进行采样。双线性插值采样是纹理采样中常用的插值方法之一，在采样时，它使用了四个邻近的纹理样本，根据它们之间的距离和方向关系进行插值计算，得出所需的纹理样本值。这种插值方法基于线性插值和加权平均的概念，采样结果具有更高的精度和更好的平滑度，这使得它成为许多计算机图形学中的标准插值方法之一。在实时图形处理中，使用双线性插值采样方法对纹理进行采样，可以生成更加真实的图像，提高了渲染图像的效果质量。

S102、根据纹理贴图进行渲染，生成第一车道纹理。

在渲染过程中，通常会通过计算每个像素的颜色值，并逐渐绘制每个像素，直到整个场景或图像完成绘制。在绘制图像时，需要考虑各种光照和材质的影响，比如镜面反射、阴影、半透明等；同时，还需要考虑视角、投影、比例等其它因素，使得最终呈现的图像具有对人眼自然的感觉。

具体地，本实施例中优选选择采用栅格化渲染。栅格化渲染主要是将三维模型按照一定的投影方式投射到屏幕上的二维图像平面中，然后将图像分成很多个小格子，即像素，每个像素都被赋予一个颜色值，由此生成最终的图像，这一过程被称为栅格化渲染。由于需要渲染的元素可以通过预处理得出并进行并行操作，因此，通过栅格化渲染，能够实现效率高、易于实现和适用对象广泛等多个优点。

在一个具体地实施例中，步骤S101、建立真实车道的纹理坐标，具体包括以下步骤：

1)分别以车道排列方向和延伸方向为轴，以真实车道的某一顶点为原点，建立纹理坐标系；

2)在纹理坐标系中建立真实车道的纹理坐标，其中，纹理坐标中的第一坐标和第二坐标的取值范围均为(0，1)。

在现有的车道模型生成方式中，通常也会生成纹理坐标。参见图3，图3提供了一种常见的纹理坐标生成方式，在图3中，假设真实的行车道路有四个车道(车道1-4)，通常在生成道路纹理坐标时，会在车道1的边缘线上任意选择一点作为顶点，然后沿着车道排列的方向作u轴，以单个车道的延伸方向作为v轴，然后将4个车道的整个范围包含在(0，1)之间，如图3中，沿着u轴，车道1至车道4的u坐标值的变化是从0逐渐到1的，车道4的最右侧边缘的u要小于或等于1，同样地，v值地取值范围也在(0，1)之间，因此现有的车道纹理坐标是将所有车道作为一个整体，然后再同一个坐标系下来确定坐标的。

然而，本实施例中，考虑到每个车道的中经常使用的位置是相似的，即每条车道的磨损位置、纹理分布应该是大致相同。此时如果采用图3所示的纹理坐标构建方法，不利于后期的数据计算过程。因此本实施例中，是以一个车道为单位构建纹理坐标，然后每条车道都可以依据第一个车道重复生成纹理坐标。

请参阅图4，图4提供了本方案中生成纹理坐标的原理示意。如图4所示，本实施例中是以一个车道为单元构建纹理坐标系的。首先在所有车道中任意选一个，例如选车道1，然后以车道1左侧边缘线上的任意一点为原点，以真实车道的某一顶点为原点，建立纹理坐标系，然后在纹理坐标系中建立真实车道的纹理坐标(u，v)。

在图4中可以看到，u的取值范围为(0，1)，因此车道1的右侧边缘线上的左右u坐标均为1，也即车道1的宽度为1。而其他的车道的u值的取值范围也均为(0，1)，都可以参考车道1的坐标建立方式，因此每个车道的宽度都优先设为1。

至于v值，在构建纹理坐标时，在单个车道的延伸方向，通常很难直接构建完整的车道长度，因此通常是将车道长度分段，每一个分段的截点z作为坐标系原点。

因此，在图4中，车道1的v值在一段范围内取到1，剩余延伸的部分要重新建立。例如在v轴方向，只能截取部分的车道，在这个区域的边缘处，保证v值到达1，对于后面延伸的部分，再从截断位置重新建立纹理坐标系，使得v轴继续向单个车道延伸的方向拉长。

当确定好车道1的纹理坐标系及纹理坐标的构建方式后，剩余车道2、3、4都按照车道1的方式重复，直至每个车道的纹理坐标均构建完成。其中，车道1、2、3、4只是示例性的一个方式，在实际的道路中可能会有更多的车道，其构建纹理坐标的方式都可参照本实施例的方式，以一个车道为单位，其他重复建立。此次不对车道的数量进行限制。另外，优先构建哪个车道的纹理坐标，可以随机确定，此处也不做任何限定。

可以理解，在实际应用中，图4中的u、v轴也可以进行替换，那么此时对应车道1地左边缘线v坐标为0，右边缘线v坐标为1，而u坐标地取值范围也为(0，1)，可以朝着车道1长度延伸方向重复建立。

在一个优选的实时方式中，在建立车道纹理坐标时，为了进一步提高效率，还可对生成的纹理坐标进行坐标变换的功能，与顶点坐标变换相类似，可以指定任意一个纹理坐标变换矩阵，把它与生成的纹理坐标相乘，然后将变换之后的纹理坐标输出至Direct3D渲染流水线。使用纹理坐标变换可以对纹理坐标进行诸如平移、旋转和缩放等三维变换。由于该方法不用直接修改顶点的纹理坐标，可以通过一个简单的平移矩阵对纹理坐标进行变换，从而使物体表面上的纹理不断变换位置，进而大大加快了纹理坐标建立的效率。

另外，建立纹理坐标的工具，也即UV映射工具，能够帮助测试人员在建模过程中编辑纹理坐标。常见的UV映射工具包括：Blender、Maya和3ds Max，它们通常都能支持多种UV映射方法，包括平面映射、球形映射和立方体映射等。在实际建模过程中，可以根据需求自行选择。

在一种可能实现的方式中，真实车道的纹理贴图，包括但不限于颜色贴图、法线贴图、发光度贴图和/或金属度贴图。

上述实施例中，采用了区别与现有技术的纹理坐标的生成方式，其主要原因是考虑率每条车道的真实语义信息，在后期修正中需要借助每条车道中的纹理坐标来进行车道纹理变动值的计算，以对渲染出的第一车道纹理进行修正。

可以理解，在修正前，第一车道纹理渲染的效果也十分关键，采用不同种类的纹理题图或者采用不同数量的纹理贴图都想直接影响最终的渲染效果。

首先，纹理贴图可以分为以下几种：

颜色贴图：用于保存每个与片元的像素，以进行着色，一般Diffuse、Albedo、BaseColor三种。

漫反射贴图diffuse map：主要用作模型的漫反射颜色，也可以看作模型的基础颜色。就是我们看到的物体本来的颜色，比如橘子是橙色的。那么表现它橙色的贴图就是漫反射贴图。

高光贴图specular map：用于保存模型各个顶点切线空间下的法线。，用来表现物体对光照反应的材质。当光照到塑料，布料，金属上时，所展现出来的高光部分和高光表现是不一样的。通过高光贴图上的颜色值来表现高光的强度，值越大表示高光反射越强。其中，金属度贴图和粗糙度贴图也属于高光贴图的一种，均为黑白，用来控制模型的反射的。

法线贴图normal map：用于保存模型各个顶点切线空间下的法线。

凹凸贴图：也可以认为是高度图，是一张灰度图，每个纹素存储的是该模型上该片元的相对高度值，法线贴图一般来自于凹凸贴图。凹凸贴图是指计算机图形学中在三维环境中通过纹理方法来产生表面凹凸不平的视觉效果。它主要的原理是通过改变表面光照方程的法线，而不是表面的几何法线来模拟凹凸不平的视觉特征，如褶皱、波浪等等。凹凸贴图的实现方法主要有：偏移向量凹凸纹理和改变高度场。

噪声贴图Noise Map：每个时刻采样噪声贴图上的纹素，这个采样值是根据时间变化的，如果值小于某数值(比如0.5)，就让该片元不显示，从而达到一种随机从出现和消失之间变换的效果。

视差贴图Parallax Mapping：同样在一个平面上，用一张凹凸不平的贴图来渲染。不能达到一种比较真实的效果，渲染出来还是一张平面，没有立体感，可以通过视差贴图来弥补这个问题。

光照贴图Light Map：实时光照需要消耗大量的计算，如果一个物体和光照的位置相对不变，就可以提前烘焙出光照贴图，在渲染该物体的时候采样光照贴图计算混合达到“假”的光照效果，就会节省很多性能。

AO贴图Ambient Occlusion：在PBR中计算光照的时候，一般直接通过采样IBL来得到环境光，这个环境光是该点上一个半球上的积分。但是因为自身的之间会有凹凸，在凹陷的地方，环境光会被周围给遮挡，所以看起来并不是那么亮，通过AO贴图可以调整环境光的大小，从而达到更真实的效果。

根据上面的纹理贴图类型可知，在渲染第一车道纹理时，若采用越多类型和数量的贴图，其渲染出的场景真实度通常也会越好。但是这样对图形处理单元的算力要求本身就比较强，且渲染效率也会大打折扣。因此在兼顾渲染成本和渲染效果的前提下，优先选择采用颜色贴图、法线贴图、发光度贴图和金属度贴图来渲染第一车道纹理。在其他实施例中，还可以根据实际需求，基于上述的纹理贴图进行自由组合以渲染第一车道纹理，其纹理贴图类型和数量都可以自行设置，本实施例不作任何限定。

在一个实施例中，颜色贴图、法线贴图、发光度贴图和金属度贴图的数量可以相同，可以不同。对于车道纹理来说，片元颜色通常较为接近，若要还原真实车道场景，可以侧重于对发光度的渲染，例如采用较多的发光度贴图和金属度贴图进行叠加，以使得模拟出的车道的周围环境光与车道表面形成的光学路径更为逼真。

需要说明的是，当纹理贴图被放大或缩小时，可能会出现锯齿和失真等问题，例如由于纹理贴图的数量和类型众多，因此在实际仿真过程中还会出现纹理与像素无法对应的情况。纹理贴图的元素实际上是由离散的颜色值组成的，而不能看做成一块矩形区域。理想情况是一张512*512纹理恰好投影在一块512*512大小的屏幕上，一个像素对应一个纹理值，但是通常情况并不是这样的。

具体地，一种情况是摄像机不断靠近纹理，这时一张很小的纹理就可能覆盖整个屏幕，于是一个纹理值就要对应很多个像素；第二种情况恰恰相反，摄像机不断远离纹理图片，当投影在屏幕的足够小时，就有可能很多纹理值会投影在同一像素上。

由于像素和纹理无法对应，因此在一个实施例中，在渲染时还需要进行纹理过滤。纹理过滤是一种计算机图形学中常用的技术，用于提高绘制图形的质量和效率。纹理过滤的主要目的是平滑纹理贴图，消除锯齿和失真，使纹理看起来更加自然。针对上述两种情况，通常对应两种纹理过滤方式:Magnification和Minification情况。

另外，常用的纹理过滤算法包括双线性过滤、三线性过滤、各向异性过滤等。

优选地，本实施例可以采用双线性过滤，双线性过滤是一种最简单的纹理过滤算法，它通过对周围的纹理像素进行加权平均来计算新的像素值。三线性过滤则引入了一个mip-mapping的技术，可以按照纹理贴图的不同大小生成多个版本的贴图，从而在不同距离和角度下提供更好的纹理过滤效果。各向异性过滤则通过根据像素的方向来计算不同的加权平均，从而提供更加真实的纹理效果。

在一个示例性的实施例中，不仅可以从纹理贴图类型和数量上去增加车道纹理仿真的真实度，还可以进一步考虑光照效果。通常，为了节省GPU的算力，只会在模拟时采用局部光照模拟，局部光照主要考虑物体表面上每个点的光照情况，即只考虑光源与物体相互作用时的光照效果。在此技术下，没有考虑光线和反射等多重光线路径。这种技术比较简单，容易实现，而且渲染速度比全局光照快，常用于实时渲染场景。

全局光照考虑了相对复杂的光线路径，包括直接光照和间接光照，通过模拟光线在物体表面上的反射和折射等多种复杂光线路径，并进行复杂的光照计算。与局部光照相比，全局光照可以得到更真实的光照效果，但是渲染时间更长，通常用于高质量的静态图像或动画渲染。但是在实际渲染过程中，这种方式会消耗较大的算力，提高了仿真成本。

在一个优选的实施例中，在渲染第一车道纹理时，纹理贴图不仅要考虑局部光照的纹理贴图，还需要选择包含反射效果的，当车道表面足够光滑时，还会发射出周围的环境图像，因此纹理贴图也会随之改变。本实施例中，可以先确认入射光线与车道的交点，作为反射起点；确定反射起点对应片元的位置信息和法线方向，以计算出反射向量；最后计算反射向量所落入的环境位置，对这部分环境信息进行采样，得到环境贴图，然后将环境贴图与各种类型的纹理贴图叠加使用，渲染出能够包含反射光的车道纹理。

在仿真时，除了考虑车道周围环境、车道本身形态之外，还应该考虑天气等影响因素。当天气晴朗太阳光线强度大时，车道表面的反射光自然强，车道上各个片元的像素也会随之改变。当为阴雨天时，车道表面由于不平坦会存在区域积水现象，而积水的区域又会进一步的对车道表面上方的人、行车、周围环境进行映射，同样会影响车道纹理信息。因此，车道纹理不仅会因为自身使用而变动，还会因为天气、环境等因素发生变化，在渲染时可一并考虑，以提高车道场景仿真的真实度。

进一步的，图形处理器GPU在渲染车道时，会将车道按照最后绘制的像素位置将其切割成片元(fragment)，然后对片元进行颜色计算，最终在着色器中着色。片元(fragment)是OpenGL和DirectX等图形API中的一个基本概念，它是图形渲染过程中的一个像素或纹素，是由着色器程序生成的。片元通常包括颜色、深度等信息。

在一种可能实现的方式中，预设函数包括颜色修正函数，颜色修正函数为关于第一坐标的函数。优选地，颜色修正函数包括三角函数。

在前述步骤中，已经建立了每个车道的纹理坐标系，并依次生成了每个车道纹理坐标。由于每条车道中，经常被使用的区域或者少部分被使用地区域分布大致相同，因此在纹理坐标地处理过程中，对于每条车道都建立一个纹理坐标系，使得每条车道中磨损程度大致相同的地方，其坐标也相同。

本实施例中，为了计算车道纹理变化值，首先需要构建预设函数，为了凸显车道中相同磨损程度位置的颜色变化，提供了颜色修正函数，改颜色修正函数为关于第一坐标的函数。示例性地，该函数的计算公式如下：

colorchange＝color sampled*weigh*abs(cos(2πu)) (1)

color final＝color sampled-color change(2)

其中，colorfinal为最终的片元颜色，colorsampled为第一车道纹理的片元颜色，colorchange为车道纹理颜色变化值，weight为权重，abs为绝对值函数，u为纹理坐标中的u值。

根据上述公式可知，在一个车道中，基于不同的使用情况，最终可以采集多个离散的片元颜色，以及片元的纹理坐标。通过拟合可以知道，颜色分布大致符合周期函数。为了表征这种颜色的变化规律，最简单的计算方式是通过叠加一个加权的周期函数函数，例如三角函数，本实施例中优先采用余弦函数。

在本实施例中，u表示车道中每个一片元距离v轴的距离。根据公式(1)可知，随着距离的增加，颜色变化的浮动由大到小再变大，这就能够与一个车道中，车道中心线和最边缘的区域磨损程度低，其他地方磨损程度高所对应。因此，颜色变动主要为片元位置的函数，与第一坐标u的大小有关。根据公式(1)，能够快速计算出车道中每个片元的颜色变化，最终根据公式(2)来修正车道纹理，使得仿真出的车道纹理更加贴近真实情况。

可以理解的是，颜色变化为第一坐标的函数，第一坐标在上述实施例中具体采用为纹理坐标的u变量。在其他实施例中，如果在建立纹理坐标系时将u与v的方向对调，那么此时colorchange则为v的函数。

进一步地，颜色修正函数主要为距离的周期函数，上述实施例中的余弦函数只是一个示例性的方式，在其他实施例中还可以采用正弦函数，即sin函数，也能够体现颜色变化的规律。

在一个实施例中，还可以采用傅里叶变换的周期函数来构建预设函数，但是傅里叶级数涉及的计算量通常较大，对于GPU本身的计算能力要求较高。因此为了提高修正的速度，最简单的方式是采用正弦函数或余弦函数来表征。

需要说明的是，根据公式(1)可知，在计算颜色变化时，还设置了一个权重值。考虑到车道颜色纹理基本符合三角函数的变化规律，但是在实际的渲染过程中，还会存在一些特殊情况，例如在经常使用的车道区域经过的轻重量车辆较多，而不经常使用的车道经过的大型重量车辆较多，因此会导致这些区域的片元颜色不符合正弦函数或余弦函数的变化规律，此时就可以人为地根据权重来进行调整，使其更加符合真是难情况。

在一种可能实现的方式中，所述预设函数还包括法线修正函数，所述法线修正函数为关于所述第一坐标和/或所述第二坐标的函数。

上述实施例主要考虑了颜色变化与车道上片元地位置变化关系，为了进一步地提高仿真地真实度，在一个实施例中还可以对法线位置进行修正，以实现调整光源地效果。

具体地，法线修正函数可以为关于第一坐标的函数，根据车道表面的磨损情况来研究光线反射问题。

例如，可以选择一条车道，对车道的磨损情况进行区分，然后对磨损程度划分等级。进一步地，在不同磨损程度等级的区域内各自取相同数量的片元，计算这些片元的凹凸度以确定法线方向。然后对这些离散的点进行拟合，最后确定出法线方向随着距离(第一坐标)变化的规律，以确定出法线修正函数。

优选地，在采集区域片元坐标的时候，为了快速采集数据，还可以利用随机数生成法。在设置时可以给定相同地随机数种子，随机数生成器将会产生完全相同的随机数序列，如此可以使得每一次采集均能覆盖车道真实情况，提高仿真地真实度。

根据上述方法，其他实施例中也可以按照相同的方式，研究法线方向随着第二坐标的变化，或者同时以第一坐标和第二坐标为自变量，确定法线修正函数随这两个坐标也即随纹理坐标的变化规律。

因此本实施例中，通过对法线位置的修正，又进一步提高了车道纹理的真实度，使其更加贴近真实情况。

请参阅图5，本发明某一实施例还提供了一种车道纹理生成装置，该装置包括：

获取单元100，用于获取第一车道纹理；

计算单元200，用于根据预设函数计算第一车道纹理中的车道纹理变动值；

修正单元300，用于利用车道纹理变动值对第一车道纹理进行修正，生成第二车道纹理。

在一个实施例中，获取单元100，还用于：

建立真实车道的纹理坐标，获得与纹理坐标对应的真实车道的纹理贴图；

根据纹理贴图进行渲染，生成第一车道纹理。

在一个实施例中，所述真实车道的纹理贴图，包括颜色贴图、法线贴图、发光度贴图和/或金属度贴图。

获取单元100，还用于：

分别以车道排列方向和延伸方向为轴，以真实车道的某一顶点为原点，建立纹理坐标系；

在所述纹理坐标系中建立真实车道的纹理坐标，其中，所述纹理坐标中的第一坐标和第二坐标的取值范围均为(0，1)。

在一个实施例中，计算单元200，还用于根据颜色修正函数计算第一车道纹理中的车道纹理变动值，其中，颜色修正函数为关于所述第一坐标的函数。

在一个实施例中，所述颜色修正函数包括三角函数。

在一个实施例中，所述预设函数还包括法线修正函数，所述法线修正函数为关于所述第一坐标和/或所述第二坐标的函数。

可以理解，在一些实施例中，本发明公开实施例提供的装置具有的功能或包含的模块可以用于执行上文方法实施例描述的方法，其具体实现可以参照上文方法实施例的描述，为了简洁，这里不再赘述。

本发明还提供了一种处理器，所述处理器用于执行如上述任意一种可能实现的方式的方法。

本发明还提供了一种电子设备，包括：处理器、发送装置、输入装置、输出装置和存储器，所述存储器用于存储计算机程序代码，所述计算机程序代码包括计算机指令，当所述处理器执行所述计算机指令时，所述电子设备执行如上述任意一种可能实现的方式的方法。

本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行如上述任意一种可能实现的方式的方法。

请参阅图6，图6为本发明实施例提供的一种电子设备的硬件结构示意图。

该电子设备2包括处理器21，存储器22，输入装置23，输出装置24。该处理器21、存储器22、输入装置23和输出装置24通过连接器相耦合，该连接器包括各类接口、传输线或总线等等，本发明实施例对此不作限定。应当理解，本发明的各个实施例中，耦合是指通过特定方式的相互联系，包括直接相连或者通过其他设备间接相连，例如可以通过各类接口、传输线、总线等相连。

处理器21可以是一个或多个图形处理器(graphics processing unit，GPU)，在处理器21是一个GPU的情况下，该GPU可以是单核GPU，也可以是多核GPU。可选的，处理器21可以是多个GPU构成的处理器组，多个处理器之间通过一个或多个总线彼此耦合。可选的，该处理器还可以为其他类型的处理器等等，本发明实施例不作限定。

存储器22可用于存储计算机程序指令，以及用于执行本发明方案的程序代码在内的各类计算机程序代码。可选地，存储器包括但不限于是随机存储记忆体(random accessmemory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、可擦除可编程只读存储器(erasableprogrammable read only memory，EPROM)、或便携式只读存储器(compact disc read-only memory，CD-ROM)，该存储器用于相关指令及数据。

输入装置23用于输入数据和/或信号，以及输出装置24用于输出数据和/或信号。输出装置23和输入装置24可以是独立的器件，也可以是一个整体的器件。

可理解，本发明实施例中，存储器22不仅可用于存储相关指令，本发明实施例对于该存储器中具体所存储的数据不作限定。

可以理解的是，图6仅仅示出了一种电子设备的简化设计。在实际应用中，电子设备还可以分别包含必要的其他元件，包含但不限于任意数量的输入/输出装置、处理器、存储器等，而所有可以实现本发明实施例的视频解析装置都在本发明的保护范围之内。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。所属领域的技术人员还可以清楚地了解到，本发明各个实施例描述各有侧重，为描述的方便和简洁，相同或类似的部分在不同实施例中可能没有赘述，因此，在某一实施例未描述或未详细描述的部分可以参见其他实施例的记载。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

在上述实施例中，可以全部或部分地通过软件、硬件、固件或者其任意组合来实现。当使用软件实现时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地产生按照本发明实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者通过所述计算机可读存储介质进行传输。所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriberline，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如，软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如，数字通用光盘(digital versatiledisc，DVD))、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，该流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：只读存储器(read-only memory，ROM)或随机存储存储器(random access memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。

Claims (10)

1.一种车道纹理生成方法，其特征在于，所述方法包括：

获取第一车道纹理；

根据预设函数计算第一车道纹理中的车道纹理变动值；

利用所述车道纹理变动值对所述第一车道纹理进行修正，生成第二车道纹理。

2.根据权利要求1所述的车道纹理生成方法，其特征在于，所述获取第一车道纹理，包括：

建立真实车道的纹理坐标，获得与纹理坐标对应的真实车道的纹理贴图；

根据所述纹理贴图进行渲染，生成第一车道纹理。

3.根据权利要求2所述的车道纹理生成方法，其特征在于，所述真实车道的纹理贴图，包括颜色贴图、法线贴图、发光度贴图和/或金属度贴图。

4.根据权利要求2所述的车道纹理生成方法，其特征在于，所述建立真实车道的纹理坐标，包括：

分别以车道排列方向和延伸方向为轴，以真实车道的某一顶点为原点，建立纹理坐标系；

在所述纹理坐标系中建立真实车道的纹理坐标，其中，所述纹理坐标中的第一坐标和第二坐标的取值范围均为(0，1)。

5.根据权利要求4所述的车道纹理生成方法，其特征在于，所述预设函数包括颜色修正函数，所述颜色修正函数为关于所述第一坐标的函数。

6.根据权利要求5所述的车道纹理生成方法，其特征在于，所述颜色修正函数包括三角函数。

7.根据权利要求4所述的车道纹理生成方法，其特征在于，所述预设函数还包括法线修正函数，所述法线修正函数为关于所述第一坐标和/或所述第二坐标的函数。

8.一种车道纹理生成装置，其特征在于，所述装置包括：

获取单元，用于获取第一车道纹理；

计算单元，用于根据预设函数计算第一车道纹理中的车道纹理变动值；

修正单元，用于利用所述车道纹理变动值对所述第一车道纹理进行修正，生成第二车道纹理。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序代码，所述计算机程序代码包括计算机指令，当所述处理器执行所述计算机指令时，所述电子设备执行如权利要求1至7任一项所述的车道纹理生成方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被电子设备的处理器执行时，使所述处理器执行权利要求1至7中任意一项所述的车道纹理生成方法。