CN117437345B - 基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的方法及系统，属于计算机图像处理技术领域。一种基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的方法，包括以下步骤：1）新建材质球；2）定义shader基本属性；3）设置shader渲染类型；4）计算反射向量；5）计算反射纹理坐标；6）采样镜面反射纹理；7）获取基础纹理；8）获取最终纹理；9）材质球运用。本发明的方法和系统结合了光线追踪技术和计算机图形学的反射计算，可以在实时渲染中实现高质量的镜面反射效果，同时，本发明方法可以通过调整反射强度、纹理和其他属性来控制效果的呈现，使得开发者可以根据场景需求和个人喜好进行灵活的调整和定制。

Description

基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的方法及系统

技术领域

本发明涉及计算机图像处理技术领域，具体涉及一种基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的方法及系统。

背景技术

在传统的渲染技术中，镜面反射效果通常使用反射贴图来模拟，即在模型的表面贴上反射贴图，使其看起来像是反射了其他物体或环境。然而，这种方法无法真实地模拟光线在物体表面上的反射行为。

随着计算机图形学和硬件技术的不断发展，光线追踪技术逐渐成为一种实现真实光照效果的强大工具。光线追踪是一种模拟光线在场景中传播和反射的技术，它可以生成高质量的图像并模拟真实世界中的光照效果。通过使用光线追踪算法，可以模拟光线从光源到观察者的路径，并计算出光线与物体表面的交点、反射方向和颜色等信息，并且可以考虑到物体表面的材质属性、环境光照和其他物体的反射等因素，从而能够更精确地计算出镜面反射效果。

发明内容

本发明旨在提供一种基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的方法及系统，该方法及系统结合了光线追踪技术和计算机图形学，通过对光线行为和物体表面属性的精确建模，以及对反射、渲染优化的算法和技巧的应用，实现了在实时渲染中呈现高质量的镜面反射效果。

第一方面，本发明提出一种基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的方法，包括以下步骤：

步骤1：新建材质球

在三维引擎中新建一个材质球；

步骤2：定义shader基本属性

在三维引擎的Project面板中新建一个shader文件，定义所述shader文件所需要的基础纹理_MainTex、反射纹理_ReflectionTex和反射强度_Reflectivity；其中，所述基础纹理_MainTex用于渲染物体颜色，所述反射纹理_ReflectionTex用于模拟物体表面的反射效果；

步骤3：设置渲染类型

将所述shader文件的渲染类型RenderType设置为不透明Opaque，表示所述shader文件只用于不透明物体的渲染，将所述基础纹理_MainTex与反射纹理_ReflectionTex均设置为2D纹理类型，将所述反射强度_Reflectivity设置为浮点数；

步骤4：计算反射向量

通过shader自带的reflect()函数计算反射向量：

reflectionVector=-IN.viewDir-2*dot(o.Normal,-IN.viewDir)*o.NorMal；

式中，reflectionVector为反射向量，-IN.viewDir代表光线入射方向，dot()代表向量点乘，o.Normal代表表面法线向量；

步骤5：计算反射纹理坐标

基于所求出的反射向量，通过以下公式计算反射纹理坐标：

reflectionTexCoord=reflectionVector*roughness+roughness；

式中，reflectionTexCoord 为反射纹理坐标，reflectionVector为反射向量，roughness为自定义的粗糙度参数；

步骤6：采样镜面反射纹理

基于所求出的反射纹理坐标，通过tex2D()函数获取反射纹理的颜色，其计算公式如下：

fixed4 reflectionColor = tex2D(_ReflectionTex, reflectionTexCoord);

式中，reflectionColor为采样的镜面反射纹理，_ReflectionTex为采样的纹理对象，即定义的反射纹理；reflectionTexCoord为反射纹理坐标；

步骤7：获取基础纹理

基于基础纹理坐标，通过tex2D()函数获取基础纹理的颜色；

步骤8：获取最终纹理

将反射纹理的颜色与基础纹理的颜色进行反射强度的线性插值运算，即得到最终纹理的颜色，所述线性插值运算公式如下：

result = (1 - t) * startValue + t * endValue；

式中，result代表最终纹理的颜色，startValue 是起始点的值，endValue 是结束点的值，t 是自定义的插值的比例因子；

步骤9：材质球运用

将得到的最终颜色输出到所挂载该shader的物体表面，选中新建的材质球，将该材质球运用到物体上，该物体在场景渲染时即具有了镜面反射效果。

第二方面，本发明还提出一种基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的系统，包括：

材质球创建模块，用以在三维引擎中创建材质球；

属性定义模块，用以在三维引擎的Project面板中新建shader文件并定义所述shader文件所需要的基础纹理_MainTex、反射纹理_ReflectionTex和反射强度_Reflectivity；

渲染类型设置模块，用以将所述shader文件的渲染类型RenderType设置为不透明Opaque，将所述基础纹理_MainTex与反射纹理_ReflectionTex均设置为2D纹理类型，将所述反射强度_Reflectivity设置为浮点数；

反射向量计算模块，用以通过shader自带的reflect()函数计算反射向量；

反射纹理坐标计算模块，用以通过反射向量计算反射纹理坐标；

反射纹理获取模块，用以获取反射纹理的颜色；

基础纹理获取模块，用以获取基础纹理的颜色；

最终纹理获取模块，用以将反射纹理的颜色与基础纹理的颜色进行反射强度的线性插值运算，以得到最终纹理的颜色；

材质球运用模块，用以将材质球运用到物体上，使物体在场景渲染时具有镜面反射效果。

本发明的一种基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的方法及系统，结合了光线追踪技术和计算机图形学的反射计算，通过对光线行为和物体表面属性的精确建模，以及对反射、渲染优化的算法和技巧的应用，实现了在实时渲染中呈现高质量的镜面反射效果。同时，本发明方法可以通过调整反射强度、纹理和其他属性来控制效果的呈现，使得开发者可以根据场景需求和个人喜好进行灵活的调整和定制。此外，本发明镜面反射效果还可以与其他技术结合使用，例如使用屏幕空间反射（Screen Space Reflections）来处理镜面反射效果的近似或增强，这种结合可以提供更高质量的镜面反射效果，并且可以根据需要进行进一步的优化。

附图说明

图1是本发明实施例一的基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的方法流程图；

图2是本发明实施例二的基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的系统结构图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。

实施例一

本实施例提供一种基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的方法，包括以下具体步骤：

步骤1：新建材质球

在三维引擎中新建一个材质球，以便于在之后选择对应的shader效果。

步骤2：定义shader基本属性

在三维引擎的Project面板中新建一个shader文件，定义该shader文件所需要的基础纹理_MainTex、反射纹理_ReflectionTex和反射强度_Reflectivity；其中，所述基础纹理_MainTex用于渲染物体颜色，所述反射纹理_ReflectionTex用于模拟物体表面的反射效果。

步骤3：设置渲染类型

将所述shader文件的渲染类型RenderType设置为不透明Opaque，表示所述shader文件只用于不透明物体的渲染，将所述基础纹理_MainTex与反射纹理_ReflectionTex的类型都设置成2D纹理类型，将反射强度_Reflectivity设置为浮点数。

步骤4：计算反射向量

通过shader自带的reflect()函数来计算反射向量，reflect()函数是shader自身集成的一个反射向量计算函数，由于反射向量是入射向量减去入射向量在法线上的投影的两倍，因此可得反射向量的计算公式如下：

reflectionVector=-IN.viewDir-2*dot(o.Normal,-IN.viewDir)*o.NorMal；

式中，reflectionVector为反射向量，-IN.viewDir代表光线入射方向，dot()代表向量点乘，o.Normal代表表面法线向量。

步骤5：计算反射纹理坐标

基于步骤4所求出的反射向量来计算反射纹理坐标，所述反射纹理坐标的计算公式为：

reflectionTexCoord=reflectionVector*roughness+roughness；

式中，reflectionTexCoord 为反射纹理坐标，reflectionVector为反射向量，roughness为粗糙度参数，是一个可调整的自定义项，通过调整所述粗糙度参数能够使反射纹理在不同的材质表面上呈现出不同的反射效果。

步骤6：采样镜面反射纹理

采样镜面反射纹理模拟了光线在物体表面的反射，其过程是通过对物体表面进行采样来获取反射纹理的颜色值；由于步骤5已计算得到镜面的反射纹理坐标，则基于所得到的反射纹理坐标，通过tex2D()函数即可获取对应位置纹理图像中对应的像素，该像素的颜色即为反射纹理的颜色，其计算公式为：

fixed4 reflectionColor = tex2D(_ReflectionTex, reflectionTexCoord);

式中，reflectionColor为采样的镜面反射纹理，_ReflectionTex为采样的纹理对象，即定义的反射纹理；reflectionTexCoord为步骤5所计算出来的反射纹理坐标。

步骤7：获取基础纹理

利用同样的方法获取基础纹理的颜色。

步骤8：获取最终纹理

将步取6得到的反射纹理的颜色与步骤7得到的基础纹理的颜色进行反射强度的线性插值运算，即得到最终纹理的颜色，所述线性插值运算公式如下：

result = (1 - t) * startValue + t * endValue；

式中，result代表最终纹理的颜色，startValue 是起始点的值，endValue 是结束点的值，t 是插值的比例因子，所述比例因子t用于定义反射强度，同时会影响反射后镜面的模糊度等效果，具体来说，当 t 的值为0时，结果为 startValue；当 t 的值为1时，结果为 endValue；当 t 的值在0和1之间时，结果为 startValue 和endValue 之间的线性插值；

步骤9：材质球运用

将得到的最终纹理颜色输出到所挂载shader的物体表面，保存为shader脚本，保存完以上shader脚本后，选中新建的材质球，在Inspector窗口中选中材质球的“Custom/shader脚本名”作为该材质球的shader，将该材质球运用到想要应用镜面反射效果的物体上，在场景渲染时，该物体就具有镜面反射效果了。

实施例二

本实施例公开一种基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的系统，包括：

材质球创建模块，用以在三维引擎中创建材质球；

属性定义模块，用以在三维引擎的Project面板中新建shader文件并定义所述shader文件所需要的基础纹理_MainTex、反射纹理_ReflectionTex和反射强度_Reflectivity；其中，所述基础纹理_MainTex用于渲染物体颜色，所述反射纹理_ReflectionTex用于模拟物体表面的反射效果；

渲染类型设置模块，用以将所述shader文件的渲染类型RenderType设置为不透明Opaque，将所述基础纹理_MainTex与反射纹理_ReflectionTex均设置为2D纹理类型，将所述反射强度_Reflectivity设置为浮点数；

反射向量计算模块，用以通过shader自带的reflect()函数计算反射向量，公式为：

reflectionVector=-IN.viewDir-2*dot(o.Normal,-IN.viewDir)*o.NorMal；

式中，reflectionVector为反射向量，-IN.viewDir代表光线入射方向，dot()代表向量点乘，o.Normal代表表面法线向量；

反射纹理坐标计算模块，用以通过反射向量计算反射纹理坐标，公式为：reflectionTexCoord=reflectionVector*roughness+roughness；

式中，reflectionTexCoord 为反射纹理坐标，reflectionVector为反射向量，roughness为自定义的粗糙度参数；

反射纹理获取模块，用以通过tex2D()函数获取反射纹理的颜色，公式为：

fixed4 reflectionColor = tex2D(_ReflectionTex, reflectionTexCoord);

式中，reflectionColor为采样的镜面反射纹理，_ReflectionTex为采样的纹理对象，即定义的反射纹理；reflectionTexCoord为反射纹理坐标；

基础纹理获取模块，用以tex2D()函数获取基础纹理的颜色；

最终纹理获取模块，用以将反射纹理的颜色与基础纹理的颜色进行反射强度的线性插值运算，以得到最终纹理的颜色；所述线性插值运算公式如下：

result = (1 - t) * startValue + t * endValue；

式中，result代表最终纹理的颜色，startValue 是起始点的值，endValue 是结束点的值，t 是自定义的插值的比例因子；

材质球运用模块，用以将材质球运用到物体上，使物体在场景渲染时具有镜面反射效果。

以上实施例仅为本发明的技术方案而非对其限制，应当指出，对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以对本发明的具体实施方式进行修改或等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (2)

1.一种基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、新建材质球：

在三维引擎中新建一个材质球；

步骤2、定义shader基本属性：

在三维引擎的Project面板中新建一个shader文件，定义所述shader文件所需要的基础纹理_MainTex、反射纹理_ReflectionTex和反射强度_Reflectivity；

步骤3、设置渲染类型：

将所述shader文件的渲染类型RenderType设置为不透明Opaque，将所述基础纹理_MainTex与反射纹理_ReflectionTex均设置为2D纹理类型，将所述反射强度_Reflectivity设置为浮点数；

步骤4、计算反射向量：

通过shader自带的reflect()函数计算反射向量：

reflectionVector=-IN.viewDir-2*dot(o.Normal,-IN.viewDir)*o. Normal；

式中，reflectionVector为反射向量，-IN.viewDir代表光线入射方向，dot()代表向量点乘，o.Normal代表表面法线向量；

步骤5、计算反射纹理坐标：

基于所求出的反射向量，通过以下公式计算反射纹理坐标：

reflectionTexCoord=reflectionVector*roughness+roughness；

式中，reflectionTexCoord 为反射纹理坐标，reflectionVector为反射向量，roughness为自定义的粗糙度参数；

步骤6、采样镜面反射纹理：

基于所求出的反射纹理坐标，通过tex2D()函数获取反射纹理的颜色，其计算公式如下：

fixed4 reflectionColor = tex2D(_ReflectionTex, reflectionTexCoord)；

式中，reflectionColor为采样的镜面反射纹理，_ReflectionTex为采样的纹理对象，即定义的反射纹理；reflectionTexCoord为反射纹理坐标；

步骤7、获取基础纹理：

基于基础纹理坐标，通过tex2D()函数获取基础纹理的颜色；

步骤8、获取最终纹理：

将反射纹理的颜色与基础纹理的颜色进行反射强度的线性插值运算，即得到最终纹理的颜色，所述线性插值运算公式如下：

result = (1 - t) * startValue + t * endValue；

式中，result代表最终纹理的颜色，startValue 是起始点的值，endValue 是结束点的值，t 是自定义的插值的比例因子；

步骤9、材质球运用：

选中新建的材质球，将该材质球运用到物体上，该物体在场景渲染时即具有了镜面反射效果。

2.一种用以实施权利要求1所述方法的基于三维引擎实现渲染纹理镜面反射效果的系统，其特征在于，包括：

材质球创建模块，用以在三维引擎中创建材质球；

属性定义模块，用以在三维引擎的Project面板中新建shader文件并定义所述shader文件所需要的基础纹理_MainTex、反射纹理_ReflectionTex和反射强度_Reflectivity；

渲染类型设置模块，用以将所述shader文件的渲染类型RenderType设置为不透明Opaque，将所述基础纹理_MainTex与反射纹理_ReflectionTex均设置为2D纹理类型，将所述反射强度_Reflectivity设置为浮点数；

反射向量计算模块，用以通过shader自带的reflect()函数计算反射向量；

反射纹理坐标计算模块，用以通过反射向量计算反射纹理坐标；

反射纹理获取模块，用以获取反射纹理的颜色；

基础纹理获取模块，用以获取基础纹理的颜色；

最终纹理获取模块，用以将反射纹理的颜色与基础纹理的颜色进行反射强度的线性插值运算，以得到最终纹理的颜色；

材质球运用模块，用以将材质球运用到物体上，使物体在场景渲染时具有镜面反射效果。