CN106355636B - 虚拟现实三维水体渲染中水体网格的处理方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种虚拟现实三维水体渲染中水体网格的处理方法,包括:根据水体网格中各顶点的高度数据、以及相同单元格的地面网格中各顶点的高度数据,确定该水体网格与该地面网格的高低关系;针对每个水体网格,执行如下处理:当该水体网格低于地面网格时,删除该水体网格;当该水体网格与地面网格相交时,将该水体网格中高于该地面网格的部分保留,将该水体网格中低于该地面网格的部分删除;当该水体网格高于地面网格时,保留该水体网格;对于所述高于地面网格的水体网格,计算水体网格的水深,按照幂级数的方式合并水深高于预定水深的水体网格。本发明可以降低对计算资源的使用量并减少无效渲染数量,提高渲染效率。
Description
技术领域
本申请涉及虚拟现实技术领域,尤其涉及一种虚拟现实三维水体渲染中水体网格的处理方法。
背景技术
虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真***,该技术利用计算机生成一种模拟环境,是一种多源信息融合的交互式的三维动态视景和实体行为的***仿真,使用户沉浸到该环境中。
目前虚拟现实技术被广泛应用在三维游戏、模拟演练等应用场景中。在虚拟现实技术中,常常需要对虚拟的环境进行塑造和渲染,使得虚拟环境尽量逼真。
在虚拟环境中,三维水体是场景中不可缺少的一部分。三维水体的渲染离不开水体网格数据。渲染水体时,根据水体的网格数据渲染水面,再加上水体的反射、折射和菲涅尔效应达到一个自然的水面效果。所述菲涅尔效应是指:如果人站在湖边,低头看脚下的水,会发现水是透明的,反射不是特别强烈;如果看远处的湖面,会发现水并不是透明的,但反射非常强烈。这就是“菲涅尔效应”。
三维场景中的三维水体渲染主要依靠水体网格,而大部分虚拟现实***中的水体网格数据都是以单元格为基础记录的。也就是说,所述在虚拟现实场景中在指定平面,例如此处以水平面划分长宽相同的网格,每一个网格的单元格在纵向上下延伸,与水体和地面相交,与水体相交的网格就是水体网格,而与地面相交的网格就是地面网格。
图1为一种单元水体网格和单元地面网格相交的示意图。参见图1,所述单元是指一个单元格,该单元格在水体和地面上的投影,就是对应的水体网格和地面网格。现有技术中,在编辑水体时水体网格和地形网格相交形成水边,水体网格高于地面网格的地方形成水面,低于地面的部分会被地面遮挡而不被人所看见。现有技术在渲染三维水体时一般以整块水域一起渲染,避免出现因为反射和折射时采样纹理时纹理坐标不一致而导致水体的反射和折射效果出错的情况出现。
但是,以单元格为基础记录的水体网格数据,往往都会过于密集,水体网格顶点过多,造成水体资源过大。水体网格顶点过多会增加处理器尤其是图形处理器(GPU)的压力,水体网格高于地形的数据是有效数据,而低于地面的部分却是无效数据。在渲染这些水体时,同样也会渲染这些无效数据,造成无效渲染,渲染效率低,耗费的资源较多。
发明内容
有鉴于此,本发明的主要目的是提供一种虚拟现实三维水体渲染中水体网格的处理方法,以降低对计算资源的无效渲染,提高渲染效率。
本发明的技术方案是这样实现的:
一种虚拟现实三维水体渲染中水体网格的处理方法,包括:
根据水体网格中各顶点的高度数据、以及相同单元格的地面网格中各顶点的高度数据,确定该水体网格与该地面网格的高低关系;
针对每个水体网格,执行如下处理:
当该水体网格低于地面网格时,删除该水体网格;
当该水体网格与地面网格相交时,将该水体网格中高于该地面网格的部分保留,将该水体网格中低于该地面网格的部分删除;
当该水体网格高于地面网格时,保留该水体网格;
对于所述高于地面网格的水体网格,计算水体网格的水深,按照幂级数的方式合并水深高于预定水深的水体网格。
在一种优选实施例中,所述针对每个水体网格,当该水体网格与地面网格相交时,进一步包括:将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成一个以上的三角形。
在一种优选实施例中,所述将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成一个以上的三角形,具体包括:
如果该地面网格中有一个顶点高于水体网格,将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成三个三角形;
如果该地面网格中有二个顶点高于水体网格,将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成二个三角形;
如果该地面网格中有三个顶点高于水体网格,将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成一个三角形。
在一种优选实施例中,所述按照幂级数的方式合并水深高于预定水深的水体网格,具体包括:
步骤a、设n初始为1;
步骤b、以mn为步长,m为大于等于2的整数,将所述高于相同单元格地面网格的水体网格进行分块,得到长宽都为mn个水体网格的水体网格块;判断所述水体网格块中所有顶点的水深是否大于预定水深,如果是则将该水体网格块内的所有水体网格合并为一个水体网格,否则保留该水体网格块内的水体网格;
步骤c、将所述n加1,判断是否可以以mn为步长继续对所述高于相同单元格地面网格的水体网格进行分块,如果可以则返回步骤b,否则结束本合并流程。
在一种优选实施例中,所述m为2。
在一种优选实施例中,所述预定水深为按照需求动态设置的水深。
在一种优选实施例中,所述水体网格和地面网格为虚拟现实场景中所同步划分的单元格。
与现有技术相比,本发明针对水体网格进行处理,将其中低于地面网格的水体网格删除;当该水体网格与地面网格相交时,将该水体网格中高于该地面网格的部分保留,将该水体网格中低于该地面网格的部分删除;同时将高于地面网格的水体网格保留,并且按照幂级数的方式合并水深高于预定水深的水体网格。通过本发明的处理,可以减少最终渲染的水体网格的顶点数量,从而减少渲染的目标数据,降低对计算资源的消耗,降低了无效渲染的数量,提高了渲染效率。
附图说明
图1为一种单元水体网格和单元地面网格相交的示意图;
图2为本发明所述虚拟现实三维水体渲染中水体网格的处理方法的一种处理示意图;
图3为单元地面网格高于单元水体网格时的处理示意图;
图4a为地面网格中有一个顶点高于水体网格时的一种处理示意图;
图4b为地面网格中有二个顶点高于水体网格时的一种处理示意图;
图4c为地面网格中有三个顶点高于水体网格时的一种处理示意图;
图5a为一种水体网格的俯视图;
图5b为按照2为步长实现对图5a所示的水体网格进行第一级合并的示意图;
图5c为按照22为步长实现对图5b所示的水体网格进行第二级合并的示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明再作进一步详细的说明。
图2为本发明所述虚拟现实三维水体渲染中水体网格的处理方法的一种处理示意图。参见图2,该方法主要包括:
步骤201、根据水体网格中各顶点的高度数据、以及相同单元格的地面网格中各顶点的高度数据,确定该水体网格与该地面网格的高低关系。
本发明中,所述水体网格和地面网格为虚拟现实场景中所同步划分的单元格。也就是说,所述在虚拟现实场景中在指定平面,例如此处以水平面划分长宽相同的网格,每一个网格的单元格在纵向上下延伸,与水体和地面相交,与水体相交的网格就是水体网格,而与地面相交的网格就是地面网格。对于整个场景的水体和地面来说,可以有许多水体网格和地面网格。图5a为一种对整个场景的水体和地面进行俯视所得到的网格图,从俯视图上看,所述每一个水体网格和相同单元格的地面网格在投影上重合。
所述水体网格和地面网格中各顶点的高度数据可以从现有的数据***中获取。
步骤202、针对每个水体网格,执行如下221~224的处理:
221、当该水体网格低于地面网格时(该地面网格是指与该水体网格处于相同单元格的地面网格,即俯视时,该地面网格与水体网格处于同一个单元格内),删除该水体网格。
如图3为单元地面网格高于单元水体网格时的处理示意图。参见图3,本文中如果针对一个单元格,则将单元水体网格都简称为水体网格,将单元地面网格简称为地面网格。图3所示的单元格内,所述水体网格整体都在所述地面网格之下,那么在这种情况下,需要将该水体网格删除,也就是说将该水体网格的各个顶点的数据删除,这样对于整个水体来讲,上处于地面网格之下的水体网格的顶点数据就删除了,从而减少了整个水体的顶点数量。
222、当该水体网格与地面网格相交时(该地面网格是指与该水体网格处于相同单元格的地面网格,即俯视时,该地面网格与水体网格处于同一个单元格内),将该水体网格中高于该地面网格的部分保留,将该水体网格中低于该地面网格的部分删除。
在一种进一步的优选实施例中,步骤222中,所述针对每个水体网格,当该水体网格与地面网格相交时,进一步包括:将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成一个以上的三角形。
更为具体的,所述将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成一个以上的三角形,具体包括:
如图4a为地面网格中有一个顶点高于水体网格时的一种处理示意图,参见图4a,如果该地面网格中有一个顶点高于水体网格,将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成三个三角形;
如图4b为地面网格中有二个顶点高于水体网格时的一种处理示意图,参见图4b,如果该地面网格中有二个顶点高于水体网格,将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成二个三角形;
如图4c为地面网格中有三个顶点高于水体网格时的一种处理示意图,参见图4c,如果该地面网格中有三个顶点高于水体网格,将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成一个三角形。
223、当该水体网格高于地面网格时(该地面网格是指与该水体网格处于相同单元格的地面网格,即俯视时,该地面网格与水体网格处于同一个单元格内),保留该水体网格;
224、对于所述高于地面网格的水体网格,计算水体网格的水深,按照幂级数的方式合并水深高于预定水深的水体网格。而对于水深低于预定水深的水体网格,则继续保留该水体网格。
所述幂级数是数学分析当中重要概念之一,是指在级数的每一项均为与级数项序号n相对应的以常数倍的(x-a)的n次方(n是从0开始计数的整数,a为常数)。幂级数是数学分析中的重要概念,被作为基础内容应用到了实变函数、复变函数等众多领域当中。
所述水深是指,水面高出地面的高度叫做水深。具体到水体网格的水深是指水体网格的各个顶点在垂直方向高出地面的高度,每个顶点都有水深。所述预定水深为按照需求动态设置的水深。
具体的,所述按照幂级数的方式合并水深高于预定水深的水体网格,具体包括以下步骤:
步骤a、设n初始为1;
步骤b、以mn为步长,m为大于等于2的整数,在一种优选实施例中,所述m=2,将所述高于相同单元格地面网格的水体网格进行分块,得到长宽都为mn个基本水体网格的水体网格块;判断所述水体网格块中所有顶点的水深是否大于预定水深,如果是则将该水体网格块内的所有水体网格合并为一个水体网格,否则保留该水体网格块内的水体网格;
步骤c、将所述n加1,判断是否可以以mn为步长继续对所述高于相同单元格地面网格的水体网格进行分块,如果可以则返回步骤b,否则结束本合并流程。
通过上述处理,就可以实现以幂级数的方式,逐级判断是否能够合并水体网格并进行相应的合并。下面通过附图实例进行说明。
例如图5a为一种水体网格的俯视图。其中,由长宽相等的基本水体网格组成了一个大面积的水体,假设所述基本水体网格的长宽都为1。下面针对图5a所示的水体网格,按照幂级数的方式逐级合并水深高于预定水深的水体网格。
图5b为按照2为步长实现对图5a所示的水体网格进行第一级合并的示意图。参见图5b,在该第一级合并中,以2的1次幂为步长,将图5a中高于相同单元格地面网格的水体网格进行分块,得到长宽都为2个基本水体网格的水体网格块,如图5a的粗实线所划分的水体网格块,每个水体网格块中有4个水体网格;接着判断所述水体网格块中所有顶点的水深是否大于预定水深(也就是说这4个水体网格的所有顶点的水深是否都大于预定水深),如果是则将该水体网格块内的所有水体网格合并为一个水体网格,否则保留该水体网格块内的水体网格,如图5b所示的中间4个大的水体网格为合并后的水体网格。所述合并后的水体网格的长宽都为2个基本水体网格,但是其顶点却已经合并成了4个顶点,顶点减少了。
图5c为按照22为步长实现对图5b所示的水体网格进行第二级合并的示意图。参见图5c,在该第二级合并中,以2的2次幂(即4)为步长,将图5b中高于相同单元格地面网格的水体网格进行分块,得到长宽都为4个基本水体网格的水体网格块,如图5c中粗实线所划分的水体网格块;然后判断所述水体网格块中所有顶点的水深是否大于预定水深(对于在上一级已经合并过的水体网格则不必进行重复判断),如果是则将该水体网格块内的所有水体网格合并为一个水体网格,否则保留该水体网格块内的水体网格,如图5c所示的上面2个大的水体网格为合并后的水体网格,其边长为4个基本水体网格的边长,但是其顶点数较图5b进一步减少。图5c下半部分的水体网格块没有被合并,因为其中由定点的水深小于所述预定水深。
接下来,可以继续增大2的幂,进行逐级合并,直到2n大到无法再对整个场景中的水体网格进行划分为止。
通过上述图5a-图5c的实例,可以看出,经过幂级数的逐级合并,所述水体网格的顶点数会逐级减少,这样进一步减少了水体网格的顶点数量。
综上所述,本发明采用水体网格合并方法,合并删除了一大部分无效的水体网格,减少了水体网格的顶点数量,减轻了GPU的水体顶点着色器压力和水体资源大小。采用水体网格拆分方法剔除完全低于地面和相交地面的水体网格,起到了减少Overdraw的作用。
另外,本发明的每一个实施例可以通过由数据处理设备如计算机执行的数据处理程序来实现。显然,数据处理程序构成了本发明。此外,通常存储在一个存储介质中的数据处理程序通过直接将程序读取出存储介质或者通过将程序安装或复制到数据处理设备的存储设备(如硬盘和或内存)中执行。因此,这样的存储介质也构成了本发明。存储介质可以使用任何类型的记录方式,例如纸张存储介质(如纸带等)、磁存储介质(如软盘、硬盘、闪存等)、光存储介质(如CD-ROM等)、磁光存储介质(如MO等)等。
因此本发明还公开了一种存储介质,其中存储有数据处理程序,该数据处理程序用于执行本发明上述方法的任何一种实施例。
另外,本发明所述的方法步骤除了可以用数据处理程序来实现,还可以由硬件来实现,例如,可以由逻辑门、开关、专用集成电路(ASIC)、可编程逻辑控制器和嵌入微控制器等来实现。因此这种可以实现本发明所述方法的硬件也可以构成本发明。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明保护的范围之内。
Claims (7)
1.一种虚拟现实三维水体渲染中水体网格的处理方法,其特征在于,包括:
根据水体网格中各顶点的高度数据、以及相同单元格的地面网格中各顶点的高度数据,确定该水体网格与该地面网格的高低关系;
针对每个水体网格,执行如下处理:
当该水体网格低于地面网格时,删除该水体网格;
当该水体网格与地面网格相交时,将该水体网格中高于该地面网格的部分保留,将该水体网格中低于该地面网格的部分删除;
当该水体网格高于地面网格时,保留该水体网格;
对于所述高于地面网格的水体网格,计算水体网格的水深,按照幂级数的方式合并水深高于预定水深的水体网格。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述针对每个水体网格,当该水体网格与地面网格相交时,进一步包括:将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成一个以上的三角形。
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,所述将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成一个以上的三角形,具体包括:
如果该地面网格中有一个顶点高于水体网格,将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成三个三角形;
如果该地面网格中有二个顶点高于水体网格,将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成二个三角形;
如果该地面网格中有三个顶点高于水体网格,将该水体网格中高于该地面网格的部分切分成一个三角形。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述按照幂级数的方式合并水深高于预定水深的水体网格,具体包括:
步骤a、设n初始为1;
步骤b、以mn为步长,m为大于等于2的整数,将所述高于相同单元格地面网格的水体网格进行分块,得到长宽都为mn个水体网格的水体网格块;判断所述水体网格块中所有顶点的水深是否大于预定水深,如果是则将该水体网格块内的所有水体网格合并为一个水体网格,否则保留该水体网格块内的水体网格;
步骤c、将所述n加1,判断是否可以以mn为步长继续对所述高于相同单元格地面网格的水体网格进行分块,如果可以则返回步骤b,否则结束本合并流程。
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,所述m为2。
6.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述预定水深为按照需求动态设置的水深。
7.根据权利要求1-6任一项所述的方法,其特征在于,所述水体网格和地面网格为虚拟现实场景中所同步划分的单元格。
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