CN114065320A - 一种基于lod的cad图形轻量化的渲染方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法，属于图形渲染可视化领域。本发明的基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法，根据图元的尺寸对CAD图纸进行分块、分层，将其分为不同的LOD层级，结合相机当前视角所处的图形区域和当前视角所处的细节层次，读取相对应区域内对应细节层次的图纸轻量化数据，进行渲染，达到节约资源的目的。本发明通过将图纸分为不同的LOD层级，根据视角与图纸之间的距离变化渲染不同层级的模型，当模型离相机的距离更远时，则以低配模型展示；当模型距离相机更近时，以更精细的高配模型展示，这样可以减轻计算机的压力，使其在保持高帧频的同时渲染更多对象。

Description

一种基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法

技术领域

本发明属于图形渲染可视化领域，尤其是一种基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法。

背景技术

随着信息化、智能化技术的发展，图形渲染端引擎逐渐由C/S架构开发模式转移为B/S架构模式。然而由于计算机硬件性能的限制，通过图形渲染端引擎渲染大体量图形时，渲染速度往往会受到限制，因此需对图形进行轻量化处理，以减轻计算机压力。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法，包括以下步骤：

(1)获取CAD图纸，将所述CAD图纸的图元按所在位置划分为不同的分块，得到不同等级的区域分块数据；

(2)根据分块内图元的尺寸差异划分图元细节层次，得到区域层次划分数据；

(3)渲染端引擎获取区域划分数据和区域层次划分数据；

(4)计算当前视野区域所处的细节层次，获取与当前视野区域细节层次所对应的分块等级，渲染端引擎根据所述当前视野区域的细节层次，加载视野内的区域分块等级数据以及相应细节层次的图元数据，对所述图元进行渲染。

进一步的，步骤(4)中当前视野内的区域分块等级数据为：可视区域包围盒与相应分块等级的交集即为所述视野内的区域分块等级数据。

进一步的，步骤(1)中的区域分块方法为：

读取图纸信息，获取图元的位置并根据图纸体量大小将图纸划分为不同的方阵，形成一级分块；

按上述分块过程，在一次分块的基础上再次分块，形成二级分块；

重复上述分块过程，直至将区域分块划分为5个等级。

进一步的，还包括：图元的包围盒中心点所在的位置即为所述图元的分块区，根据区域块内的图元尺寸调整分块大小，若图元的包围盒没有完全包含在图元所在的分块区内，则扩大所述分块区的范围直至图元的包围盒完全包含在图元所在的分块区。

进一步的，步骤(4)中，在渲染的同时隐藏或者剔除不在视野的图元分块数据。

进一步的，步骤(2)中根据分块内图元的尺寸差异划分为5个图元细节层次。

进一步的，具体为：

以每个分块内尺寸最大的图元为参照标准S，分块内的每个图元尺寸为s′；

若s′≥0.8S，则此图元处于LOD0图层；

若0.8S＞s′≥0.6S，则此图元处于LOD1图层；

若0.6S＞s′≥0.4S，则此图元处于LOD2图层；

若0.4S＞s′≥0.2S，则此图元处于LOD3图层；

若0.2S＞s′，则此图元处于LOD4图层。

进一步的，步骤(4)中获取当前视野区域的细节层次的方法为：

相机刚好能够看全图纸时与图纸的距离为H，相机移动后与图纸的距离为h；

若

则当前视野区域处于LOD0图层；

若

则当前视野区域处于LOD1图层；

若

则当前视野区域处于LOD2图层；

若

则当前视野区域处于LOD3图层；

若

则当前视野区域处于LOD4图层。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明的基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法，根据图元的尺寸对CAD图纸进行分块、分层，将其分为不同的LOD层级，结合相机当前视角所处的图形区域和当前视角所处的细节层次，读取相对应区域内对应细节层次的图纸轻量化数据，进行渲染，达到节约资源的目的。本发明通过将图纸分为不同的LOD层级，根据视角与图纸之间的距离变化渲染不同层级的模型，当模型离相机的距离更远时，则以低配模型展示；当模型距离相机更近时，以更精细的高配模型展示，这样可以减轻计算机的压力，使其在保持高帧频的同时渲染更多对象。

进一步的，步骤(4)中在渲染的同时隐藏或者剔除不在视野的图元数据，节约计算机资源。

附图说明

图1为本发明的整体流程图；

图2为本发明的图层渲染原理图；

图3为实施例的效果图。

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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，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”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，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、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

为解决渲染速度慢的问题，达到轻量化图形渲染的要求，引入基于LOD的渲染方法。LOD代表模型的细节层级水平，是制作模型低配版本的过程，当三维场景中物体远离观察者或者物体本身重要程度差异、位置不同以及结合观察者视角相关参数配置不同，共同作用下减少三维模型的复杂度及当前视角下物体数量的限制以达到更优渲染效果。当模型离相机更远时，则以低配模型展示(轮廓)；当模型距离相机更近时，则以更精细的高配模型展示模型细节。通过LOD渲染方法可以减少计算机CPU的计算量，减轻GPU渲染压力，在保持高帧频的同时渲染更多对象。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，图1为本发明的流程图，本发明的基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法，包括以下步骤：

步骤一：获取所需CAD图纸；

步骤二：根据所得CAD图纸中的图元所在位置，将图纸分割成不同的方阵区域块(2×2、3×3或4×4，可根据图纸体量大小调整)，形成一级分块；根据区域块内的图元尺寸调整分块大小，图元的包围盒中心所在位置的分块区即为该图元的分块，若图元尺寸较大，图元的包围盒没有完全包含在其所在分块区内，此时需扩大该分块区的范围，因此图纸分块可能并非完全一样大小的区域，相邻区域可能会存在重叠，但同一个图元不会同时落在两个区域内；

按上述分块方法，在一次分块的基础上再次分块，形成二级分块；

重复上述分块过程，直至将区域分块划分为5个等级。

步骤三：根据每个分块内图元之间的尺寸差异划分图元的细节层次，具体为：

以每个分块内尺寸最大的图元为参照标准S，分块内的每个图元尺寸为s′，若s′≥0.8S，则此图元处于LOD0图层；若0.8S＞s′≥0.6S，则此图元处于LOD1图层；若0.6S＞s′≥0.4S，则此图元处于LOD2图层；若0.4S＞s′≥0.2S，则此图元处于LOD3图层；若0.2S＞s′，则此图元处于LOD4图层，得到区域层次划分数据；

步骤四：渲染端引擎读取图纸，获取区域划分数据和区域层次划分数据；

步骤五：计算当前视野区域所处的细节层次并获取当前视野区域内对应的分块等级，渲染端引擎根据所述当前视野区域的细节层次，加载视野内的区域分块等级数据以及相应细节层次的图元数据，对所述图元进行渲染。

在渲染对应的LOD层图元的过程中，若区域分块中的图元未出现在相机视野中，隐藏甚至剔除相应区域的数据。

步骤五中的计算当前视野区域的细节层次的具体操作为：

调整相机，相机刚好能够看全图纸时与图纸的距离为H，相机移动后与图纸的距离为h；若

则当前视野的细节层次处于LOD0图层；若

则当前视野的细节层次处于LOD1图层；若

则当前视野的细节层次处于LOD2图层；若

则当前视野的细节层次处于LOD3图层；若

则当前视野的细节层次处于LOD4图层。

参见图2，图2为本发明的图形渲染原理图，其中，H为相机刚好能够看全图纸时与图纸的距离，h为相机推进过程中与图纸的距离。渲染端引擎根据

的值得到当前视野的细节层次，根据当前视野的细节层次读取该区域对应的图元细节层次的图元数据，从而确定所需渲染的LOD图层。图纸中的图元由粗糙到精细共分为五层，分别对应LOD0-LOD4，相机与图纸的距离越近，相机视野看到的图纸越小，图元越精细。图2所示的LODn层为推进时的相机视野，此时阴影部分不在相机视野内，根据分块情况将视野内无图元存在的分块数据隐藏或剔除，节约计算机资源。

实施例

参见图3，图3为实施例的效果图，图3(a)为图纸原图，读取图纸，并对其进行分块、分层处理后，计算相机与图纸之间的距离，渲染LOD0级图层，效果为图3(b)；逐步推进相机，拉近相机与图纸之间的距离，相机视野逐渐变小，图纸精细度逐渐变高，图3(c)为LOD1级图层渲染效果，图3(d)为LOD2级图层渲染效果，图3(e)为LOD4级图层渲染效果；随着相机视野的缩小，移出视野的图块数据被隐藏或剔除。

本发明的基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法，在轻量化过程中，通过将图纸图元按照位置不同划分不同区域，在区域内再按照图元尺寸差异等级划分细节层次。渲染端引擎读取图纸后，首先获得区域划分数据及区域层次划分数据，然后根据当前视角所处的细节层次读取相应区域内对应细节层次的图纸轻量化数据，进行渲染。当相机推进时，所处当前视角所处的细节层次发生变化加载更加精细层次的图纸数据；相应的当相机拉远时当前视角所处的细节层次变大，已渲染显示的图元将被隐藏或者剔除仅保留显示图元的大致轮廓，减少了计算量以节省GPU资源。同理，当相机平移时相机所拍摄的区域的位置发生变化，此时需要加载当前区域内的图元数据。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)获取CAD图纸，将所述CAD图纸的图元按所在位置划分为不同的分块，得到不同等级的区域分块数据；

(2)根据分块内图元的尺寸差异划分图元细节层次，得到区域层次划分数据；

(3)渲染端引擎获取区域划分数据和区域层次划分数据；

(4)计算当前视野区域所处的细节层次，获取与当前视野区域细节层次所对应的分块等级，渲染端引擎根据所述当前视野区域的细节层次，加载视野内的区域分块等级数据以及相应细节层次的图元数据，对所述图元进行渲染。

2.根据权利要求1所述的基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法，其特征在于，步骤(4)中当前视野内的区域分块等级数据为：可视区域包围盒与相应分块等级的交集即为所述视野内的区域分块等级数据。

3.根据权利要求1所述的基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法，其特征在于，步骤(1)中的区域分块方法为：

读取图纸信息，获取图元的位置并根据图纸体量大小将图纸划分为不同的方阵，形成一级分块；

按上述分块过程，在一次分块的基础上再次分块，形成二级分块；

重复上述分块过程，直至将区域分块划分为5个等级。

4.根据权利要求3所述的基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法，其特征在于，还包括：图元的包围盒中心点所在的位置即为所述图元的分块区，根据区域块内的图元尺寸调整分块大小，若图元的包围盒没有完全包含在图元所在的分块区内，则扩大所述分块区的范围直至图元的包围盒完全包含在图元所在的分块区。

5.根据权利要求1所述的基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法，其特征在于，步骤(4)中，在渲染的同时隐藏或者剔除不在视野的图元分块数据。

6.根据权利要求1所述的基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法，其特征在于，步骤(2)中根据分块内图元的尺寸差异划分为5个图元细节层次。

7.根据权利要求6所述的基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法，其特征在于，具体为：

以每个分块内尺寸最大的图元为参照标准S，分块内的每个图元尺寸为s′；

若s′≥0.8S，则此图元处于LOD0图层；

若0.8S＞s′≥0.6S，则此图元处于LOD1图层；

若0.6S＞s′≥0.4S，则此图元处于LOD2图层；

若0.4S＞s′≥0.2S，则此图元处于LOD3图层；

若0.2S＞s′，则此图元处于LOD4图层。

8.根据权利要求7所述的基于LOD的CAD图形轻量化的渲染方法，其特征在于，步骤(4)中获取当前视野区域的细节层次的方法为：

相机刚好能够看全图纸时与图纸的距离为H，相机移动后与图纸的距离为h；

若

则当前视野区域处于LOD0图层；

若

则当前视野区域处于LOD1图层；

若

则当前视野区域处于LOD2图层；

若

则当前视野区域处于LOD3图层；

若

则当前视野区域处于LOD4图层。

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