CN111729304B - 一种展示海量对象的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种展示海量对象的方法，包括以下步骤：S1.输出模型的动作的图像；S2.将所述图像输出到与模型对应的图集中，计算图像在所述图集中的位置信息和尺寸信息；S3.计算并保存图像在图集中的偏移坐标和纹理坐标；S4.统计需要显示的对象，对于每个需要显示的对象，获取对象的识别信息以及对象对应的模型在图集中的偏移坐标和纹理坐标，并计算真实坐标；S5.将所述步骤S4中得到的对象的识别信息、偏移坐标、纹理坐标和真实坐标按照对象对应的模型打包发送至着色器，由着色器渲染模型。本发明的优点在于，在每一帧渲染前批量处理需要显示的对象及其真实坐标，使得同一种模型采用同一个DrawCall，从而减少触发DrawCall的次数。

Description

一种展示海量对象的方法
技术领域
本发明涉及信息技术领域，更具体地，涉及一种在移动终端流畅展示海量对象的方法。
背景技术
目前，在各种游戏中，同屏显示大量重复的模型是一个很常见的需求，例如需要重复展示角色、建筑、种植物来丰富或还原游戏的内容。对于移动设备而言，处理器由于设备体积限制而只能在低功耗下运行。大部分手机在屏幕上最多显示上百个3D模型，否则设备将由于运算量过大而导致发热、帧率下降、模型导出缓慢等问题。为了达到显示更多模型的目的，现有技术方案主要是用例如Unity3D的游戏引擎自带的2D图片显示，将3D模型替换成2D图片的帧动画进行显示。
在此基础上，以Unity3D为例，CPU可以发起DrawCall命令，DrawCall接收需要绘制的数据并直接或通过命令缓冲区通知GPU执行渲染。随着模型数量的增加，DrawCall的次数和动画组件本身的性能损耗都会越来越大。
为了减少DrawCall次数，最接近的专利申请(申请号：201810085651.3，发明名称：一种游戏引擎中图元存储和渲染的方法)提出通过层次间的前后关系进行分层批量渲染，减少绘制时DrawCall的调用；并且人为设定大缓冲区，当要渲染物体时，先将顶点信息存于缓冲区之中，当缓冲区被填满或纹理资源管理器的纹理内存被分配完毕时，将缓冲区中的顶点一次性投入渲染器进行绘制。该方案通过调整渲染顺序达到优化显示效果，以及调整缓冲机制，尽可能避免渲染一个模型时触发多个DrawCall，但是没有考虑到减少程序本身的计算量，尤其是大量模型实时渲染所需的顶点变换计算的问题。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的缺陷，优化处理帧动画的所有顶点计算及纹理坐标计算，将每种模型的DrawCall合并到1个DrawCall中，避免CPU大量实时计算和重复计算。为此，本发明提供一种展示海量对象的方法。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
一种展示海量对象的方法，包括以下步骤：
S1.输出模型的动作的图像；
S2.将所述图像输出到与模型对应的图集中，计算图像在所述图集中的位置信息和尺寸信息；
S3.计算并保存图像在图集中的偏移坐标和纹理坐标；
S4.统计需要显示的对象，对于每个需要显示的对象，获取对象的识别信息以及对象对应的模型在图集中的偏移坐标和纹理坐标，并计算真实坐标；
S5.将所述步骤S4中得到的对象的识别信息、偏移坐标、纹理坐标和真实坐标按照对象对应的模型打包发送至着色器，由着色器渲染模型。
上述方法的原理为：首先将模型动作分解为每一帧的图像，输出到图集中，并保存图像本身以及在图集中的位置信息，用于后续的读取；在图像及其位置信息的基础上，计算并同样保存偏移坐标和纹理坐标，至此完成了事前准备工作。
在游戏进行时，首先统计需要显示的对象，从而直接获取事先准备好的偏移坐标和纹理坐标，并根据游戏进行中的具体进程(例如战斗)，计算好对象需要显示在真实世界地图上的真实坐标；由此，在每一帧显示前，直接将对象的所有相关信息打包发送至着色器，由着色器根据信息从图集中获取图像并将模型的动作的每一帧都渲染在地图上。
进一步地，在所述步骤S1中，首先获取模型的动作的动画，读取并将动画中每一帧的图像依序输入至图集中；
其中，如果图像超出图集的范围，则建立并将图像输入至另一个图集，使得模型与多个图集相对应。
进一步地，所述每一帧的图像输入至图集后的尺寸和位置可自定义设定。
进一步地，在所述步骤S1中，所述图像为模型动作的2D序列帧图像，其中，图像的正中心的水平线为模型站立时的地平线。
进一步地，所述步骤S2的位置信息是图像一角的坐标，所述步骤S3中计算偏移坐标的具体过程如下：
获取所述图像一角的坐标，根据尺寸信息获取图像的长和宽，根据所述图像的长和宽计算与所述图像一角的坐标相对的图像另一角的坐标。
进一步地，基于图像宽度、图像高度、图集宽度和图集高度计算纹理坐标。
进一步地，步骤S5的具体过程是：
根据对象对应的模型，将属于相同模型的对象的识别信息、偏移坐标、纹理坐标和真实坐标输出为各自的渲染图元并记录在单个DrawCall命令的参数中；
当所有对象完成输出渲染图元和记录参数时，向着色器发送DrawCall命令和渲染图元，着色器根据DrawCall命令读取DrawCall命令对应的模型的图集，并利用对象对应的渲染图元渲染对象。
进一步地，在步骤S5中，所述着色器根据对象的识别信息读取图集，根据所述步骤S4得到的偏移坐标从图集中获取所述需要显示的图像，根据真实坐标和纹理坐标渲染所述需要显示的图像。
进一步地，所述步骤S3以xml或json格式保存偏移坐标和纹理坐标。
进一步地，所述步骤S4在每一帧更新时触发。
进一步地，所述图集采用相同的尺寸，其中宽为1024像素，高为1024像素。
进一步地，所述步骤S4可以定时批量处理，然后按照预设的帧率定期触发步骤S5向着色器发送对象的识别信息、偏移坐标、纹理坐标和真实坐标。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明首先从模型的动画中提取每一帧的图像，将提取到的图像输入至图集中，预先确定好偏移坐标和纹理坐标，使得CPU无需实时进行顶点变换和纹理切换计算；在实时播放动画时，能够放弃引擎自带的2D图片显示组件及动画组件，改用普通的模型渲染组件，同时在每一帧渲染前批量处理需要显示的对象及其真实坐标，使得同一种模型采用同一个DrawCall，从而减少触发DrawCall的次数。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是本发明展示海量对象的方法的流程图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
一种展示海量对象的方法，如图1所示，首先输出模型的动作的图像；具体地，首先由美术人员制作模型的动作的动画，通过图集工具将动画中2D序列帧图像依序输入至图集中，其中2D序列帧图像的正中心的水平线为模型站立时的地平线；如果图像超出图集的范围，则建立并将图像输入至另一个图集，使得模型与多个图集相对应。由此，模型的动作可以与一个或多个图集相对应，而且美术人员可以自行设定每一帧的图像输入至图集后的尺寸和位置。
在本实施例中，图集工具是Unity3D的TexturePacker，但是本发明不局限于此，同样可以应用其他工具库中类似的工具。
在本实施例中，图集采用相同的尺寸，其中宽为1024像素，高为1024像素，但是本发明不局限于此；其中采用相同的尺寸为实现本发明的优选方式，而尺寸和宽高比的选择不影响本发明的效果。
随后，将图像输出到与模型对应的图集中，计算图像在图集中的位置信息和尺寸信息，然后计算并保存图像在图集中的偏移坐标和纹理坐标，完成图集的准备操作。
具体的，纹理坐标计算示例如下：
假设某张动作图片在图集里面的左下角坐标为(200，300)，图片宽度20，高度30，图集大小为1024x1024，并且图集坐标系原点为图集左下角；
图片纹理坐标左下角x坐标为：左下角坐标x/图集宽度，即200/1024＝0.1953；
图片纹理坐标右下角x坐标为：(左下角坐标x+图片宽度)/图集宽度，即(200+20)/1024＝0.2148；
图片纹理坐标左下角y坐标为:左下角坐标y/图片高度,即300/1024＝0.293；
图片纹理坐标右上角y坐标为:(左下角坐标y+图片高度)/图集高度,即(300+30)/1024＝0.3222；
最后得到图片右下角，右上角，左上角纹理坐标分别问，(0.2148，0.293)，(0.2148，0.3222)，(0.1953，0.3222)。
在本实施例中，上述位置信息是图像一角的坐标，根据图像一角的坐标以及根据尺寸信息获取图像的长和宽，计算与图像一角的坐标相对的图像另一角的坐标。本发明的位置信息不局限于此，还可以是其他可以确定图像位置的参数，例如图像的中间点，在图像保持为平行四边形的情况下，同样可以根据图像尺寸来计算。
具体的，利用位置信息计算偏移坐标的示例如下：
假设图片动作原图大小为宽200，高150，图片坐标系以左下角为原点，模型的有效像素左下角为(80，40)，右上角为(130，120)，求出以原图为中心点的偏移坐标；
左下角偏移坐标为：((原图宽度/2)-左下角x坐标，(原图高度/2)-左下角y坐标)
以上面数据为例为：(200/2)–80＝20，(150/2)–40＝35，即左下角坐标为(-20，-35)；
右上角偏移坐标为：(右上角x坐标–(原图宽度/2)，右上角y坐标-(原图高度/2))；
以上面数据为例为：130-(200/2)＝30，120-(150/2)＝45即右上角坐标为(30，45)；
获取到左下角偏移坐标和右上角偏移坐标，即可确定模型图片其他两点偏移坐标。
确定好偏移坐标，后续只需要根据实际需要乘以不同系数就能控制图像大小。
在本实施例中，偏移坐标和纹理坐标通过xml或json格式的文本进行保存，也可同样以其他例如记录在数据库中的方式进行存储。
在进行游戏并播放对象的动画时，统计需要显示的对象，对于每个需要显示的对象，在开始显示前获取所有对象所对应的图像的偏移坐标和纹理坐标，并计算真实坐标。在每一帧显示前，对于每个对象，将对象的偏移坐标、纹理坐标和真实坐标直接打包为例如数组的数据，送到着色器进行批量绘制，而无需进行实时动态计算。
在本实施例中，一个对象的模型的某一个动作的每一帧图片包括正面图以及8个方向的图，8个方向的图即为以模型正面朝向摄像机为0度角，在上、下、左、右以及左上、左下、右上、右下的方向调整45度角作为模型的面向角度，获取各个方向的图像。动作设定为一般不超过2秒，因此对1个方向的动作输出不超过10张关键帧图片。
最后，根据对象对应的模型，将属于相同模型的对象的识别信息、偏移坐标、纹理坐标和真实坐标输出为各自的渲染图元并记录在单个DrawCall命令的参数中；
当所有对象完成输出渲染图元和记录参数时，向着色器发送DrawCall命令和渲染图元，着色器根据DrawCall命令读取DrawCall命令对应的模型的图集，根据渲染图元的偏移坐标从图集中获取需要显示的图像，根据真实坐标将图像展示在相应的实际输出的屏幕位置上，最后根据纹理坐标渲染需要显示的图像。
申请人将现有技术和本发明的方案进行了试验比较，以在相同PC端展示70x70共4900个单位且开启阴影特效为例，具体如下：
对于基于现有方案的程序，基于2D帧动画来实现，并编写工具来处理并导入美术输出的关键帧，然后转成Unity3D的Animation Clip，由Unity3D自带的2D图片显示组件及动画组件进行显示。
现有方案在PC端播放达到2000个单位时，已经无法达到20fps，对设备造成非常大的负担。
同样基于2D帧动画但是根据本发明的方案的程序，在PC端显示4900个小兵时，可以达到120fps的帧率，而在手机移动端可以达到40fps-50fps的帧率。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种展示海量对象的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.输出模型的动作的图像；
S2.将所述图像输出到与模型对应的图集中，计算图像在所述图集中的位置信息和尺寸信息；
S3.计算并保存图像在图集中的偏移坐标和纹理坐标；
S4.统计需要显示的对象，对于每个需要显示的对象，获取对象的识别信息以及对象对应的模型在图集中的偏移坐标和纹理坐标，并计算真实坐标；
S5.将所述步骤S4中得到的对象的识别信息、偏移坐标、纹理坐标和真实坐标按照对象对应的模型打包发送至着色器，由着色器渲染模型；
步骤S5的具体过程是：
根据对象对应的模型，将属于相同模型的对象的识别信息、偏移坐标、纹理坐标和真实坐标输出为各自的渲染图元并记录在单个DrawCall命令的参数中；
当所有对象完成输出渲染图元和记录参数时，向着色器发送DrawCall命令和渲染图元，着色器根据DrawCall命令读取DrawCall命令对应的模型的图集，并利用对象对应的渲染图元渲染对象。
2.根据权利要求1所述的展示海量对象的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，首先获取模型的动作的动画，读取并将动画中每一帧的图像依序输入至图集中；
其中，如果图像超出图集的范围，则建立并将图像输入至另一个图集，使得模型与多个图集相对应。
3.根据权利要求2所述的展示海量对象的方法，其特征在于，所述每一帧的图像输入至图集后的尺寸和位置可自定义设定。
4.根据权利要求1所述的展示海量对象的方法，其特征在于，在所述步骤S1中，所述图像为模型动作的2D序列帧图像，其中，图像的正中心的水平线为模型站立时的地平线。
5.根据权利要求1所述的展示海量对象的方法，其特征在于，所述步骤S2的位置信息是图像一角的坐标，所述步骤S3中计算偏移坐标的具体过程如下：
获取所述图像一角的坐标，根据尺寸信息获取图像的长和宽，根据所述图像的长和宽计算与所述图像一角的坐标相对的图像另一角的坐标。
6.根据权利要求1所述的展示海量对象的方法，其特征在于，在所述步骤S3中，基于图像宽度、图像高度、图集宽度和图集高度计算纹理坐标。
7.根据权利要求1所述的展示海量对象的方法，其特征在于，在步骤S5中，所述着色器根据对象的识别信息读取图集，根据所述步骤S4得到的偏移坐标从图集中获取所述需要显示的图像，根据真实坐标和纹理坐标渲染所述需要显示的图像。
8.根据权利要求1所述的展示海量对象的方法，其特征在于，所述步骤S3以xml或json格式保存偏移坐标和纹理坐标。
9.根据权利要求1所述的展示海量对象的方法，其特征在于，所述步骤S4在每一帧更新时触发。
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