CN117745923A - 物体绘制方法、装置、图形处理器及存储介质 - Google Patents

物体绘制方法、装置、图形处理器及存储介质 Download PDF

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CN117745923A CN202311674673.0A CN202311674673A CN117745923A CN 117745923 A CN117745923 A CN 117745923A CN 202311674673 A CN202311674673 A CN 202311674673A CN 117745923 A CN117745923 A CN 117745923A
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Abstract

本发明提供的一种物体绘制方法、装置、图形处理器及存储介质，涉及游戏渲染技术领域。该方法：计算着色器按照预设顶点数将待渲染物体的模型分割成多个第一簇；计算着色器对每个第一簇依次进行可见性剔除、背面剔除和三角面剔除，得到多个第二簇；计算着色器通过对每个第二簇中的三角面的顶点进行索引展开处理，得到每个第二簇中的三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引，并输入顶点着色器；顶点着色器基于每个第二簇中三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引对待渲染物体进行绘制，从而避免按照簇的粒度渲染时，将每个簇作为一个实例进行渲染导致的对内存空间的浪费。

Description

物体绘制方法、装置、图形处理器及存储介质
技术领域
本发明涉及游戏渲染技术领域，具体而言，涉及一种物体渲染方法、装置、图形处理器及存储介质。
背景技术
在基于GpuDriven的图形管线实现过程中，通常把例如可见性剔除交由图形处理器处理。为了保证剔除粒度，一般会将模型打散成固定大小的簇后再做剔除，利用经过剔除的簇进行渲染。
为了使剔除和渲染过程变得高效且通用，所有的模型都会以簇集合的方式组织数据，这样对于单个模型的数据量不足以填充整数倍个簇的情况，就需要向簇中填充一些无效数据，以保证簇的完整性和处理过程的通顺性。由于模型数据以簇的粒度进行处理，每个簇作为一个实例进行渲染，所以每个实例都需要存储渲染时所需的必要信息，但来自于同一个模型的簇所需的实例信息大部分是相同的，即相同的信息需要存储多份，这会造成空间的大量浪费。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种物体绘制方法、装置、图形处理器及存储介质。
本发明的技术方案可以这样实现：
第一方面，本发明提供一种物体绘制方法，应用于图形处理器，所述图形处理器上部署有计算着色器和顶点着色器，所述方法包括：
所述计算着色器按照预设顶点数将待渲染物体的模型分割成多个第一簇；
所述计算着色器对每个所述第一簇依次进行可见性剔除、背面剔除和三角面剔除，得到多个第二簇；
所述计算着色器通过对每个所述第二簇中的三角面的顶点进行索引展开处理，得到每个所述第二簇中的三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引，并输入所述顶点着色器；
所述顶点着色器基于每个所述第二簇中三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引对所述待渲染物体进行绘制。
可选地，所述计算着色器通过对每个所述第二簇中的三角面的顶点进行索引展开处理，得到每个所述第二簇中的三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引的步骤包括：
针对每个所述第二簇，所述计算着色器根据所述第二簇的簇索引和所述第二簇中的每个三角面的面索引，确定所述第二簇中的每个三角面的每个顶点的顶点索引；
所述计算着色器根据所述待渲染物体的模型对应的实例的索引，生成所述第二簇中的每个三角面的每个顶点对应的实例索引。
可选地，所述计算着色器根据所述第二簇的簇索引和所述第二簇中的每个三角面的面索引，确定所述第二簇中的每个三角面的每个顶点的顶点索引的步骤包括：
根据所述第二簇的索引和所述预设顶点数，确定所述第二簇对应的顶点索引偏移；
针对所述第二簇中的每个所述三角面，根据所述三角面的三个顶点间的连续性关系、所述三角面的面索引以及所述第二簇对应的顶点索引偏移，确定所述三角面的三个顶点各自的顶点索引。
可选地，所述三角面的三个顶点各自的顶点索引满足下述公式：
Index_Pi＝(IndexT*3+i-1)+K,i＝1,2,3
其中，Index_Pi为所述三角面的第i个顶点的索引，IndexT为所述三角面的面索引，K为所述第二簇对应的顶点索引偏移。
可选地，所述顶点着色器基于每个所述第二簇中三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引对所述待渲染物体进行绘制的步骤包括：
所述顶点着色器缓存所述待渲染物体的模型中各顶点的顶点数据和各顶点对应的实例数据；
所述顶点着色器根据每个所述第二簇中三角面的顶点的顶点索引，从缓存的所述待渲染物体的模型中各顶点的顶点数据中获取待绘制顶点的顶点数据；
所述顶点着色器根据每个所述第二簇中三角面的顶点对应的实例索引，从缓存的所述待渲染物体的模型中各顶点对应的实例数据中获取待绘制顶点对应的实例数据；
所述顶点着色器根据所述待绘制顶点的顶点数据和对应的实例数据，对所述待渲染物体进行绘制。
第二方面，本发明提供一种物体绘制装置，应用于图形处理器，所述装置包括计算着色器和顶点着色器；
所述计算着色器用于所述计算着色器按照预设顶点数将待渲染物体的模型分割成多个第一簇；对每个所述第一簇依次进行可见性剔除、背面剔除和三角面剔除，得到多个第二簇；通过对每个所述第二簇中的三角面的顶点进行索引展开处理，得到每个所述第二簇中的三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引，并输入所述顶点着色器；
所述顶点着色器用于基于每个所述第二簇中三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引对所述待渲染物体进行绘制。
可选地，所述计算着色器具体用于针对每个所述第二簇，根据所述第二簇的簇索引和所述第二簇中的每个三角面的面索引，确定所述第二簇中的每个三角面的每个顶点的顶点索引；根据所述待渲染物体的模型对应的实例的索引，生成所述第二簇中的每个三角面的每个顶点对应的实例索引。
可选地，所述顶点着色器具体用于缓存所述待渲染物体的模型中各顶点的顶点数据和各顶点对应的实例数据；根据每个所述第二簇中三角面的顶点的顶点索引，从缓存的所述待渲染物体的模型中各顶点的顶点数据中获取待绘制顶点的顶点数据；根据每个所述第二簇中三角面的顶点对应的实例索引，从缓存的所述待渲染物体的模型中各顶点对应的实例数据中获取待绘制顶点对应的实例数据；根据所述待绘制顶点的顶点数据和对应的实例数据，对所述待渲染物体进行绘制。
第三方面，本发明提供一种图形处理器，其存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如前述第一方面所述物体绘制方法。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述第一方面所述物体绘制方法。
相较于现有技术，本发明提供的应用于图形处理器的物体绘制方法，计算着色器按照预设顶点数将待渲染物体的模型分割成多个第一簇；计算着色器对每个第一簇依次进行可见性剔除、背面剔除和三角面剔除，得到多个第二簇；计算着色器通过对每个第二簇中的三角面的顶点进行索引展开处理，得到每个第二簇中的三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引，并输入顶点着色器；顶点着色器基于每个第二簇中三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引对待渲染物体进行绘制。由于本发明是通过对剔除后的簇中三角面的顶点进行索引展开处理，得到每个顶点索引和对应的实例索引，顶点着色器再基于每个顶点的顶点索引和对应的实例索引对待渲染物体进行绘制，从而避免按照簇的粒度渲染时，将每个簇作为一个实例进行渲染导致的对内存空间的浪费。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例提供的一种物体绘制方法的流程示意图一；
图2为本发明实施例提供的一种可见性剔除的示意图；
图3为本发明实施例提供的步骤S103的一种实现过程的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的步骤S104的一种实现过程的流程示意图；
图5为本发明实施例提供的一种物体绘制装置的功能单元框图。
图标：100-物体绘制装置；110-计算着色器；120-顶点着色器。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
除了按照簇的粒度进行处理，将每个簇作为一个实例进行渲染这种方式外，目前还存在另一种渲染方式，为来自同一个模型且经过剔除的多个簇重新组织一个新的索引，使用新的索引按原本的模型的粒度逐一渲染。对于整个模型都剔除的情况，则也需要绘制一次，只不过绘制的内容为空。意味着对于待渲染物体数量巨大的场景需要花费许多DrawCall，从而对性能造成一定程度的损失。
为了克服按照簇的粒度渲染时对内存的浪费，以及按模型的粒度渲染时耗费的Draw Call的数量高的问题，本发明实施例提供一种应用于图形处理器(GraphicsProcessing Unit，GPU)的物体绘制方法，下面将进行详细介绍。
请参照图1，该物体绘制方法包括步骤S101～S104。
S101，计算着色器按照预设顶点数将待渲染物体的模型分割成多个第一簇。
其中，计算着色器(Compute Shader)在图形处理器上运行的，在普通渲染管线之外的着色器程序，在计算着色器的帮助下，图形处理器将不仅具有3D渲染能力，也具有其他的运算能力。
预设顶点数可以根据需要进行设定，示例性地，预设顶点数可以设置为32或64。
可以理解地，由待渲染物体的模型分割成的每个第一簇均包含预设顶点数个顶点。
S102，计算着色器对每个第一簇依次进行可见性剔除、背面剔除和三角面剔除，得到多个第二簇。
其中，可见性剔除是通过判断场景中的物体与相机的距离(距离剔除)或者是否在相机的视锥体内(视锥体剔除)来对物体进行剔除，如图2所示，不在相机视锥体内部的物体将被剔除不进行渲染。
背面剔除是用于处理那些不需要渲染后方向的面片(例如房屋、墙壁、桌面)等物体的背后面。在进行3D建模和渲染时，这些面通常不会影响最终的渲染效果，因此，可以通过背面剔除来减少计算量，提高渲染效率。在实现背面剔除时，需要确定哪些面是背对着观察者的，可以通过计算面片的方向和观察者的方向之间的角度来判断是否需要进行背面剔除，例如，面片的方向和观察者的方向之间的角度大于90度，那么这个面片就可以被判定为背对着观察者，可以进行剔除。需要注意的是，在进行背面剔除时，虽然一个面是背对着观察者的，但是它可能会被其他物体挡住，这种情况下就不能进行背面剔除，此外，在进行背面剔除时还需要考虑阴影和透明度等问题，以确保渲染结果的准确性。
三角面剔除是指对建模过程中出现的一些可能影响模型渲染和动画效果的三角面进行消除，来提高模型质量。
在本发明实施例中，针对任意一个第一簇，先对该第一簇进行可见性剔除，再对可见性剔除结果进行背面剔除，接着对背面剔除的结果进行三角面剔除，得到一个第二簇。通过遍历每个第一簇，得到多个第二簇。
S103，计算着色器通过对每个第二簇中的三角面的顶点进行索引展开处理，得到每个第二簇中的三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引，并输入顶点着色器。
请参照图3，在可能的实现中，步骤S103可以包括子步骤S103-1～S103-2。
S103-1，针对每个第二簇，计算着色器根据第二簇的簇索引和第二簇中的每个三角面的面索引，确定第二簇中的每个三角面的每个顶点的顶点索引。
其中，每个第二簇具有对应的簇索引，每个第二簇中的每个三角面具有面索引相应的面索引。
在本发明实施例中，计算着色器根据第二簇的簇索引和第二簇中的每个三角面的面索引，确定第二簇中的每个三角面的每个顶点的顶点索引的实现过程可以如下：
首先，根据第二簇的索引和预设顶点数，确定第二簇对应的顶点索引偏移。
其中，第二簇对应的顶点索引偏移满足下述公式：
K＝Index_C*N
上述公式中的Inder_C为第二簇的簇索引，N为预设顶点数，K为第二簇对应的顶点索引偏移。
然后，针对第二簇中的每个三角面，根据三角面的三个顶点间的连续性关系、三角面的面索引以及第二簇对应的顶点索引偏移，确定三角面的三个顶点各自的顶点索引。
其中，每个三角面有三个顶点，它们之间的连续性关系是指三个顶点的顶点索引是连续的。
任意一个三角面的三个顶点各自的顶点索引满足下述公式：
Index_Pi＝(IndexT*3+i-1)+K,i＝1,2,3
其中，Index_Pi为该三角面的第i个顶点的索引，IndexT为该三角面的面索引，K为该三角面所在的第二簇对应的顶点索引偏移。
由上述公式可知，任意一个三角面的三个顶点各自的顶点索引Index_P1、Index_P2以及Index_P3是连续的三个数值。
S103-2，计算着色器根据待渲染物体的模型对应的实例的索引，生成第二簇中的每个三角面的每个顶点对应的实例索引。
其中，第二簇中的每个三角面的每个顶点对应的实例索引包括待渲染物体的模型对应的每个实例的索引。
S104，顶点着色器基于每个第二簇中三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引对待渲染物体进行绘制。
其中，顶点着色器(Vertex Shader)在图形处理器上运行，是图形渲染管线的用于处理模型的顶点数据的部分，其输入为单独的顶点。
在本发明实施例中，可以在绘制阶段将每个第二簇中三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引作为VertexShader的输入数据绑定到渲染器。
请参照图4，在可能的实现中，步骤S104可以包括子步骤S104-1～S104-4。
S104-1，顶点着色器缓存待渲染物体的模型中各顶点的顶点数据和各顶点对应的实例数据。
在本发明实施例中，顶点着色器采用Storage Buffer(存储缓存器)的方式将待渲染物体的模型中各顶点的顶点数据和各顶点对应的实例数据绑定到渲染器。
S104-2，顶点着色器根据每个第二簇中三角面的顶点的顶点索引，从缓存的待渲染物体的模型中各顶点的顶点数据中获取待绘制顶点的顶点数据。
由于每个第二簇中三角面的顶点的顶点索引是由该第二簇中的簇索引、该第二簇中三角面的面索引以及顶点间的连续性关系确定的，即每个顶点的顶点索引可以反映该顶点在待渲染物体的模型中位置，并将该位置的顶点数据作为待绘制顶点的顶点数据。
S104-3顶点着色器根据每个第二簇中三角面的顶点对应的实例索引，从缓存的待渲染物体的模型中各顶点对应的实例数据中获取待绘制顶点对应的实例数据。
由于每个顶点对应的实例索引包括待渲染物体的模型对应的每个实例的索引，因此，将每个顶点对应的实例索引包括待渲染物体的模型对应的每个实例的实例数据作为待绘制顶点对应的实例数据。
S104-4，顶点着色器根据待绘制顶点的顶点数据和对应的实例数据，对待渲染物体进行绘制。
在本发明实施例中，使用待绘制顶点对应的实例数据对待绘制顶点的顶点数据进行空间变换，使待渲染物体绘制在游戏场景中正确的位置。
为了执行上述方法实施例及各个可能的实施方式中的相应步骤，下面给出一种应用于图形处理器的物体绘制装置100的实现方式。
请参照图5，该物体绘制装置100包括计算着色器101以及顶点着色器102。
计算着色器101，用于计算着色器按照预设顶点数将待渲染物体的模型分割成多个第一簇；对每个第一簇依次进行可见性剔除、背面剔除和三角面剔除，得到多个第二簇；通过对每个第二簇中的三角面的顶点进行索引展开处理，得到每个第二簇中的三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引，并输入顶点着色器。
顶点着色器102，用于基于每个第二簇中三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引对待渲染物体进行绘制。
计算着色器101，具体用于针对每个第二簇，根据第二簇的簇索引和第二簇中的每个三角面的面索引，确定第二簇中的每个三角面的每个顶点的顶点索引；根据待渲染物体的模型对应的实例的索引，生成第二簇中的每个三角面的每个顶点对应的实例索引。
顶点着色器102，具体用于缓存待渲染物体的模型中各顶点的顶点数据和各顶点对应的实例数据；根据每个第二簇中三角面的顶点的顶点索引，从缓存的待渲染物体的模型中各顶点的顶点数据中获取待绘制顶点的顶点数据；根据每个第二簇中三角面的顶点的实例索引，从缓存的待渲染物体的模型中各顶点对应的实例数据中获取待绘制顶点对应的实例数据；根据待绘制顶点的顶点数据和对应的实例数据，对待渲染物体进行绘制。
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，上述描述的物体绘制装置100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。
本发明实施例还提供一种图形处理器，其存储有计算机程序，计算机程序被执行时可以用于执行上述的方法实施例提供的物体绘制方法中的相关操作。
本发明实施例还提供一种包含计算机程序的计算机可读存储介质，计算机程序在被执行时可以用于执行上述的方法实施例提供的物体绘制方法中的相关操作。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种物体绘制方法，其特征在于，应用于图形处理器，所述图形处理器上部署有计算着色器和顶点着色器，所述方法包括：
所述计算着色器按照预设顶点数将待渲染物体的模型分割成多个第一簇；
所述计算着色器对每个所述第一簇依次进行可见性剔除、背面剔除和三角面剔除，得到多个第二簇；
所述计算着色器通过对每个所述第二簇中的三角面的顶点进行索引展开处理，得到每个所述第二簇中的三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引，并输入所述顶点着色器；
所述顶点着色器基于每个所述第二簇中三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引对所述待渲染物体进行绘制。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算着色器通过对每个所述第二簇中的三角面的顶点进行索引展开处理，得到每个所述第二簇中的三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引的步骤包括：
针对每个所述第二簇，所述计算着色器根据所述第二簇的簇索引和所述第二簇中的每个三角面的面索引，确定所述第二簇中的每个三角面的每个顶点的顶点索引；
所述计算着色器根据所述待渲染物体的模型对应的实例的索引，生成所述第二簇中的每个三角面的每个顶点对应的实例索引。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算着色器根据所述第二簇的簇索引和所述第二簇中的每个三角面的面索引，确定所述第二簇中的每个三角面的每个顶点的顶点索引的步骤包括：
根据所述第二簇的索引和所述预设顶点数，确定所述第二簇对应的顶点索引偏移；
针对所述第二簇中的每个所述三角面，根据所述三角面的三个顶点间的连续性关系、所述三角面的面索引以及所述第二簇对应的顶点索引偏移，确定所述三角面的三个顶点各自的顶点索引。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述三角面的三个顶点各自的顶点索引满足下述公式：
Index_Pi＝(IndexT*3+i-1)+K,i＝1,2,3
其中，Index_Pi为所述三角面的第i个顶点的索引，IndexT为所述三角面的面索引，K为所述第二簇对应的顶点索引偏移。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述顶点着色器基于每个所述第二簇中三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引对所述待渲染物体进行绘制的步骤包括：
所述顶点着色器缓存所述待渲染物体的模型中各顶点的顶点数据和各顶点对应的实例数据；
所述顶点着色器根据每个所述第二簇中三角面的顶点的顶点索引，从缓存的所述待渲染物体的模型中各顶点的顶点数据中获取待绘制顶点的顶点数据；
所述顶点着色器根据每个所述第二簇中三角面的顶点对应的实例索引，从缓存的所述待渲染物体的模型中各顶点对应的实例数据中获取待绘制顶点对应的实例数据；
所述顶点着色器根据所述待绘制顶点的顶点数据和对应的实例数据，对所述待渲染物体进行绘制。
6.一种物体绘制装置，其特征在于，应用于图形处理器，所述装置包括计算着色器和顶点着色器；
所述计算着色器用于所述计算着色器按照预设顶点数将待渲染物体的模型分割成多个第一簇；对每个所述第一簇依次进行可见性剔除、背面剔除和三角面剔除，得到多个第二簇；通过对每个所述第二簇中的三角面的顶点进行索引展开处理，得到每个所述第二簇中的三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引，并输入所述顶点着色器；
所述顶点着色器用于基于每个所述第二簇中三角面的顶点的顶点索引和对应的实例索引对所述待渲染物体进行绘制。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算着色器具体用于针对每个所述第二簇，根据所述第二簇的簇索引和所述第二簇中的每个三角面的面索引，确定所述第二簇中的每个三角面的每个顶点的顶点索引；根据所述待渲染物体的模型对应的实例的索引，生成所述第二簇中的每个三角面的每个顶点对应的实例索引。
8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述顶点着色器具体用于缓存所述待渲染物体的模型中各顶点的顶点数据和各顶点对应的实例数据；根据每个所述第二簇中三角面的顶点的顶点索引，从缓存的所述待渲染物体的模型中各顶点的顶点数据中获取待绘制顶点的顶点数据；根据每个所述第二簇中三角面的顶点对应的实例索引，从缓存的所述待渲染物体的模型中各顶点对应的实例数据中获取待绘制顶点对应的实例数据；根据所述待绘制顶点的顶点数据和对应的实例数据，对所述待渲染物体进行绘制。
9.一种图形处理器，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被执行时实现如权利要求1-5任一项所述物体绘制方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任一项所述物体绘制方法。
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