目标虚拟模型的渲染方法、装置及电子设备制造方法及图纸

本申请实施例提供一种目标虚拟模型的渲染方法、装置及电子设备，在获取目标虚拟模型的主体对象，以及所述主体对象对应的二维纹理图后，以采样步长在以虚拟视点为起点射向主体对象表面各个像素的多条射线上进行步进采样，得到处于主体对象所在区域的目标采样点；根据采样步长对二维纹理图进行缩放处理，得到目标采样点对应的缩放二维纹理图；基于缩放二维纹理图对目标采样点进行渲染。这种根据采样步长对同一张二维纹理图进行缩放处理，得到每次步进采样的目标采样点对应的缩放二维纹理图，基于多张缩放二维纹理图对目标虚拟模型的内部采样点进行渲染，在缩短渲染时间降低耗电量的同时大幅度提升了模型的渲染效果，使得渲染后的模型更加逼真。

【技术实现步骤摘要】
目标虚拟模型的渲染方法、装置及电子设备
本专利技术涉及模型渲染
，尤其是涉及一种目标虚拟模型的渲染方法、装置及电子设备。
技术介绍
龙卷风在自然界中是一种罕见的自然奇观，是在强烈的不稳定的天气状况下由空气对流运动造成的强烈、小范围的空气涡旋。龙卷风的模型结构包括主体对象的漏斗云和维持其存在的对流系统。在实时渲染时，通常只关心主体对象也即漏斗云，受限于图形处理器的机能渲染逼真的龙卷风效果极具挑战。现有龙卷风主体对象的渲染过程通常是采用一个漏斗形状的几何体网格模型，并通过着色器对一张可以无缝包裹该模型的二维噪音纹理实时采样渲染而成，在漏斗形几何体网格纹理空间移动噪音纹理，可以产生龙卷风表面气流运动的错觉，但是由于纹理只在模型表面移动使得渲染结果缺乏真实感，降低了渲染效果；另一种渲染方式则利用三维纹理构建龙卷风外形并通过光线步进法对龙卷风的密度和光照积分进而生成龙卷风效果。这种处理方式虽然能够得到逼真的效果，但是由于涉及若干三维纹理多次采样，致使渲染时对带宽要求较高，且增加了对龙卷风主体对象光照渲染的计算时间和耗电量。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种目标虚拟模型的渲染方法、装置及电子设备，以提升渲染效果，以及降低模型渲染的渲染的计算时间和耗电量。第一方面，本专利技术实施例提供了一种目标虚拟模型的渲染方法，其中，上述方法包括：获取目标虚拟模型的主体对象，以及主体对象对应的二维纹理图；以采样步长在以虚拟视点为起点射向主体对象表面各个像素的多条射线上进行步进采样，得到处于主体对象所在区域的目标采样点；根据采样步长对二维纹理图进行缩放处理，得到目标采样点对应的缩放二维纹理图；基于缩放二维纹理图对目标采样点进行渲染。上述以采样步长在以虚拟视点为起点射向主体对象表面各个像素的多条射线上进行步进采样，得到处于主体对象所在区域的目标采样点的步骤，包括：获取三维网格体模型，其中，主体对象嵌入于三维网格体模型中；以虚拟视点为起点，向三维网格体模型做射线，得到多条射线；以采样步长在多条射线上进行步进采样，得到采样点集；基于采样点集中的采样点的坐标信息和二维纹理图，对采样点进行纹理置换，得到采样点在水平方向上的水平偏移量；根据坐标信息和水平偏移量计算采样点对应的有向距离场数值；基于各个采样点对应的有向距离场数值，从采样点集中确定处于主体对象所在区域的目标采样点。上述基于采样点在三维坐标系下的坐标信息和二维纹理图，对采样点进行纹理置换，得到采样点在水平方向上的水平偏移量的步骤，包括：获取二维纹理图对应的二维坐标系；基于采样点在三维坐标系下的坐标信息，生成采样点在二维坐标系下的二维纹理坐标；在二维纹理图中查找与二维纹理坐标匹配的目标纹理坐标对应的像素值；基于像素值和采样点在三维坐标系下水平方向上的单位投影向量确定水平偏移量。上述通过下式计算水平偏移量：其中，表示水平偏移量，w表示像素值；表示采样点在三维坐标系下水平方向上的单位投影向量。上述根据坐标信息和水平偏移量计算采样点对应的有向距离场数值的步骤，包括：将坐标信息按照水平偏移量进行偏移，得到偏移坐标；基于偏移坐标确定采样点在主体对象所在区域的高度横截面的半径值；根据主体对象对应的模型高度值、半径值和偏移坐标计算有向距离场数值。上述通过下式计算有向距离场数值：Sdf表示有向距离场数值，x、y、z表示偏移坐标的三维坐标值，r表示半径值，h表示模型高度值，max()为取最大值函数；其中，r＝exp((h-y)k)+R；k表示影响主体对象的敞口深度的造型系数，R表示主体对象的底部半径值。上述基于各个采样点对应的有向距离场数值，从采样点集中确定处于主体对象所在区域的目标采样点的步骤，包括：将有向距离场数值为负值，且，采样点的y轴坐标值大于或等于三维坐标系中坐标原点的y轴坐标值对应的采样点确定为目标采样点。上述根据采样步长对二维纹理图进行缩放处理的步骤，包括：基于采样步长确定缩放系数；其中，缩放系数与采样步长负相关；将二维纹理图按照缩放系数进行缩放。上述基于缩放二维纹理图对目标采样点进行渲染的步骤，包括：在缩放二维纹理图中查找与目标采样点的二维纹理坐标匹配的缩放纹理坐标对应的目标像素值；基于目标像素值对目标采样点进行渲染。上述在基于缩放二维纹理图对目标采样点进行渲染之后，该方法还包括：基于目标采样点对应的有向距离场数值计算目标采样点对应的光照渲染度；将光照渲染度赋值给目标采样点。上述光照渲染度包括透明度和可见散射度；基于目标采样点对应的有向距离场数值计算目标采样点对应的光照渲染度的步骤，包括：基于有向距离场数值和目标采样点的介质密度计算透射率；逆变换透射率得到目标采样点对应的透明度；基于目标采样点的偏移坐标计算外散射量；根据透射率、透明度、外散射量和采样点密度计算可见散射度。上述通过下式计算透射率：T(χ'，χ)＝e-LD(χ'，χ)；其中，T(χ'，χ)表示透射率，LD(χ',χ)表示线性透射率，χ'和χ分别表示目标采样点所在射线上离虚拟视点最远的采样点和最近的采样点；其中，Sdf表示有向距离场数值，d表示介质密度，s表示目标采样点。上述基于目标采样点的偏移坐标计算外散射量的步骤，包括：基于目标采样点的偏移坐标在三维坐标系下水平方向上的投影坐标计算偏移投影坐标；根据投影坐标计算目标采样点所在主体对象的横截面的第一长度半径比；基于偏移投影坐标计算目标采样点所在主体对象的横截面的第二长度半径比；根据第一长度半径比、第二长度半径比和重映射系统计算外散射量。上述通过下式计算偏移投影坐标；其中，α'表示偏移投影坐标，α表示投影坐标，表示光线方向反方向的单位向量，r表示半径值；通过下式计算第一长度半径比：其中，S表示第一长度半径比，取值范围为[0,1]，x、z表示投影坐标的坐标值；通过下式计算第二长度半径比：其中，S'表示第二长度半径比，取值范围为[0,1]，x1、z1表示偏移投影坐标的坐标值；通过下式计算外散射量：其中，表示外散射量，取值范围为[0,1]，S表示第一长度半径比，S'表示第二长度半径比，low表示重映射系数的最小值，high表示重映射系数的最大值。上述通过下式计算可见散射度：其中，表示可见散射度，表示目标采样点在光线方向上的外散射量，s表示目标采样点，表示光线方向的单位向量，T(χ'，s)表示透射率；χ'表示目标采样点所在射线上离虚拟视点最远的采样点，D(s)表示采样点密度，O(s)表示透明度；其中，O(s)＝1-T(χ'，s)。第二方面，本专利技术实施例还提供一种目标虚拟模型的渲染装置，其中，该装置包括：获取模块，用于获取目标虚拟模型的主体对象，以及主体对象对应的二维纹理图；步进采样模块，用于以采样步长在以虚拟视点为起点射向主体对象表面各个像素的多条射线上进行步进采样，得到处于主体对象所在区域的目标采样点；缩放处理模块，用于根据采样步长对二维纹理图进行缩放处理，得到目标采样点对应的缩放二维纹理图；渲染模块，用于基于缩放二维纹理图对目标采样点进行渲染。第本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种目标虚拟模型的渲染方法，其特征在于，所述方法包括：/n获取目标虚拟模型的主体对象，以及所述主体对象对应的二维纹理图；/n以采样步长在以虚拟视点为起点射向所述主体对象表面各个像素的多条射线上进行步进采样，得到处于所述主体对象所在区域的目标采样点；/n根据所述采样步长对所述二维纹理图进行缩放处理，得到所述目标采样点对应的缩放二维纹理图；/n基于所述缩放二维纹理图对所述目标采样点进行渲染。/n

【技术特征摘要】
1.一种目标虚拟模型的渲染方法，其特征在于，所述方法包括：
获取目标虚拟模型的主体对象，以及所述主体对象对应的二维纹理图；
以采样步长在以虚拟视点为起点射向所述主体对象表面各个像素的多条射线上进行步进采样，得到处于所述主体对象所在区域的目标采样点；
根据所述采样步长对所述二维纹理图进行缩放处理，得到所述目标采样点对应的缩放二维纹理图；
基于所述缩放二维纹理图对所述目标采样点进行渲染。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，以采样步长在以虚拟视点为起点射向所述主体对象表面各个像素的多条射线上进行步进采样，得到处于所述主体对象所在区域的目标采样点的步骤，包括：
获取三维网格体模型，其中，所述主体对象嵌入于所述三维网格体模型中；
以虚拟视点为起点，向所述三维网格体模型做射线，得到多条射线；
以采样步长在多条所述射线上进行步进采样，得到采样点集；
基于所述采样点集中的采样点的坐标信息和所述二维纹理图，对所述采样点进行纹理置换，得到所述采样点在水平方向上的水平偏移量；
根据所述坐标信息和所述水平偏移量计算所述采样点对应的有向距离场数值；
基于各个所述采样点对应的有向距离场数值，从所述采样点集中确定处于所述主体对象所在区域的目标采样点。


3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述采样点在所述三维坐标系下的坐标信息和所述二维纹理图，对所述采样点进行纹理置换，得到所述采样点在水平方向上的水平偏移量的步骤，包括：
获取所述二维纹理图对应的二维坐标系；
基于所述采样点在所述三维坐标系下的坐标信息，生成所述采样点在所述二维坐标系下的二维纹理坐标；
在所述二维纹理图中查找与所述二维纹理坐标匹配的目标纹理坐标对应的像素值；
基于所述像素值和所述采样点在三维坐标系下水平方向上的单位投影向量确定水平偏移量。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，通过下式计算水平偏移量：



其中，表示水平偏移量，w表示所述像素值；表示所述采样点在三维坐标系下水平方向上的单位投影向量。


5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述坐标信息和所述水平偏移量计算所述采样点对应的有向距离场数值的步骤，包括：
将所述坐标信息按照所述水平偏移量进行偏移，得到偏移坐标；
基于所述偏移坐标确定所述采样点在所述主体对象所在区域的高度横截面的半径值；
根据所述主体对象对应的模型高度值、所述半径值和所述偏移坐标计算有向距离场数值。


6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过下式计算有向距离场数值：



Sdf表示所述有向距离场数值，x、y、z表示所述偏移坐标的三维坐标值，r表示所述半径值，h表示所述模型高度值，max()为取最大值函数；
其中，r＝exp((h-y)k)+R；
k表示影响所述主体对象的敞口深度的造型系数，R表示所述主体对象的底部半径值。


7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于各个所述采样点对应的有向距离场数值，从所述采样点集中确定处于所述主体对象所在区域的目标采样点的步骤，包括：
将所述有向距离场数值为负值，且，所述采样点的y轴坐标值大于或等于所述三维坐标系中坐标原点的y轴坐标值对应的采样点确定为目标采样点。


8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述采样步长对所述二维纹理图进行缩放处理的步骤，包括：
基于所述采样步长确定缩放系数；其中，所述缩放系数与所述采样步长负相关；
将所述二维纹理图按照所述缩放系数进行缩放。


9.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于所述缩放二维纹理图对所述目标采样点进行渲染的步骤，包括：
在所述缩放二维纹理图中查找与所述目标采样点的二维纹理坐标匹配的缩放纹理坐标对应的目标像素值；
基于所述目标像素值对所述目标采样点进行渲染。


10.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在基于所述缩放二维纹理图对所述目标采样点...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄馥霖，
申请(专利权)人：网易杭州网络有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33