一种基于GPU反距离插值渲染方法、装置、介质和设备制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于GPU反距离插值渲染方法，包括：插值样本点数据传递步骤：依据插值样本点数，计算数据纹理尺寸，将插值样本点有序塞入数据纹理，将渲染所需数据纹理及其他参数以uniforms形式传入GPU着色器；IDW渲染步骤：在GPU着色器中，输入插值样本点及其他参数，构建待渲染模型及渲染所需的多种资源，通过IDW算法，对待求点周边的样本离散点进行加权平均并插值，计算求得空间上所有待求点插值结果，输出插值渐变纹理图；离屏渲染步骤：将插值渐变纹理图传递至用户终端渲染管线中进行渲染处理，并将最终的插值渐变处理结果输出至用户展示页面。本发明专利技术还涉及基于GPU反距离插值渲染装置、介质和设备。介质和设备。介质和设备。

【技术实现步骤摘要】
一种基于GPU反距离插值渲染方法、装置、介质和设备


[0001]本专利技术涉及渲染
，尤其涉及一种基于GPU反距离插值渲染方法、装置、介质和设备。

技术介绍

[0002]目前，空间插值通过已知空间离散点，计算空间未知点数据的方法，常见的包括反距离权重法(IDW算法)、泰森多边形法、样条函数法和普通克里格法；广泛使用于对空间的温度、湿度、年均温度、年降水量、空气质量以及年积温等气象要素的空间插值，同时也应用于DEM插值计算、煤层数据、植被数据、图像处理、土壤等科学计算领域的研究；
[0003]反距离权重法是一种全局插值算法，每一个待插值的数据点的计算都需要其他所有数据点进行计算。在数据量较大的情况下，性能将会急剧下降，无法满足web实时计算展示的要求。因而，有必要设计一套在web端，基于GPU并行计算的方法，实现IDW算法快速计算，完成实时交互操作，同时实现等值线实时生成，遮罩效果集成。
[0004]但是，现有技术中IDW算法多以串行为主，部分实现了并行计算，但基本是在Client Server(CS)端的，如基于cuda完成的IDW GPU并行计算；在数字孪生和物联网管理领域，已经有众多的楼宇监控系统、资产管理系统和物联控制系统都是Web基于应用，而目前尚无基于Web端的IDW并行算法。
[0005]为解决现有技术中存在的问题，亟需研发提出一种满足在Web浏览器中完成IDW的应用运行，同时设计一套Web端IDW并行算法。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于GPU反距离插值渲染方法、装置、介质和设备。
[0007]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于GPU反距离插值渲染方法，方法包括：
[0008]插值样本点数据传递步骤：依据插值样本点数，计算数据纹理尺寸，将插值样本点有序塞入数据纹理，将渲染所需数据纹理及其他参数以uniforms形式传入GPU着色器；
[0009]IDW渲染步骤：在GPU着色器中，输入插值样本点及其他参数，构建待渲染模型及渲染所需的多种资源，通过IDW算法，对待求点周边的样本离散点进行加权平均并插值，计算求得空间上所有待求点插值结果，输出插值渐变纹理图；
[0010]离屏渲染步骤：将插值渐变纹理图传递至用户终端渲染管线中进行渲染处理，并将最终的插值渐变处理结果输出至用户展示页面。
[0011]优选的，上述基于GPU反距离插值渲染方法，其特征在于，还包括：
[0012]等值线的处理步骤：在GPU着色器中，基于插值渐变纹理图，采用距离场函数计算获得等值线；
[0013]外围边界处理步骤：传入边界数据并对其进行三角化处理，生成顶点数据，传入用
户终端渲染管线中，完成对指定边界范围内插值计算结果裁剪，实现异形边界遮罩裁剪效果。
[0014]优选的，上述插值样本点数据传递步骤包括：
[0015]纹理尺寸计算步骤：依据插值样本点数据量，计算纹理尺寸，新建二维数据纹理；
[0016]初始化数据类型步骤：设置数据纹理各参数及纹理类型；
[0017]插值样本点数据计算步骤：将插值样本点数据传递至数据纹理的图像中，计算插值样本点最大值及最小值，并以uniform形式传递至GPU着色器中，并更新数据纹理。
[0018]优选的，上述IDW渲染步骤包括：
[0019]数据准备：输入生成的数据纹理及渐变色带纹理；
[0020]构建渲染资源步骤：构建场景、相机、IDW几何体、渲染材质，构建渲染队列，将相机和几何体添加至场景中；
[0021]渲染材质传递步骤：将渲染材质使用的着色器材质参数，通过uniforms形式传递至着色器；材质参数包括：距离权重的幂数、搜索半径大小、插值样本点最大值、插值样本点最小值、数据纹理的尺寸及数据点数量、等值线绘制开关、插值样本点空间范围、插值样本点中空间位置最小点。
[0022]插值渐变图计算步骤：将uv坐标与插值样本点空间范围相乘，得到待插值计算点实际坐标值；对待求点附近的样本离散点进行加权平均以计算待求点插值结果，得到插值结果渐变图；
[0023]输出步骤：将插值渐变图最终的处理结果输出至帧缓存中，再输出至纹理内存，为下个渲染管线使用作准备。
[0024]优选的，上述插值渐变图计算步骤包括：
[0025]依据数据纹理的尺寸，求出第i个数据纹理点的纹理坐标；采样求出第i个数据纹理点的空间坐标与属性值；求出第i个数据纹理点至待求点距离；筛选空间距离小于搜索半径大小的点，运行各样本点权重公式计算插值结果；使用插值样本点最大最小值将插值结果进行归一化；使用归一化的数值来构建采样纹理坐标，对渐变色纹理进行采样，得到插值渐变图。
[0026]优选的，上述等值线的处理步骤包括：
[0027]在GPU着色器中，采用距离场函数计算插值计算结果并结合等值线间距以获得等值线；
[0028]计算等值线结果使用光滑函数进行光滑处理，得到smoothValue，将其与片元着色器gl_FragColor的RGB变量相乘，形成最终的光滑等值线。
[0029]优选的，上述外围边界处理步骤包括：
[0030]传入边界顶点数据，对顶点数据进行处理，生成数组数据；对数组数据进行三角化处理，生成顶点坐标、UV坐标及索引数据，并传递至用户终端渲染管线中顶点数据，进行可视化，片元着色器将最终的处理结果输出至用户页面。
[0031]本专利技术提供一种基于GPU反距离插值系统，采用如上述任意一项基于GPU反距离插值渲染方法，系统包括：
[0032]插值样本点数据传递模块：依据插值样本点数，计算纹理尺寸，将插值样本点有序塞入数据纹理，将渲染所需数据纹理及其他参数以uniforms形式传入GPU着色器；
[0033]IDW渲染模块：在GPU着色器中，输入插值样本点及其他参数，构建待渲染模型及渲染所需的多种资源，通过IDW算法，对待求点周边的样本离散点进行加权平均并插值，计算求得空间上所有待求点插值结果，输出插值渐变纹理图；
[0034]离屏渲染模块：将插值渐变纹理图传递至用户终端渲染管线中进行渲染处理，并将最终的插值渐变处理结果输出至用户展示页面。
[0035]此外，本专利技术提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述技术方案中任一项的基于GPU反距离插值渲染方法的步骤。
[0036]本专利技术还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述程序时实现上述技术方案中任一项所述的基于GPU反距离插值渲染方法的步骤。
[0037]与现有技术相比，本专利技术方法的有益效果是：
[0038]本专利技术方法实现在web端插值计算的实时交互，弥补现有算法在web上实时的空缺，同时满足等值线的生成，遮罩效果的生成。
[0039]本专利技术附加的方面的优点将在下面的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于GPU反距离插值渲染方法，其特征在于，所述方法包括：插值样本点数据传递步骤：依据插值样本点数，计算数据纹理尺寸，将插值样本点有序塞入所述数据纹理，将渲染所需所述数据纹理及其他参数以uniforms形式传入GPU着色器；IDW渲染步骤：在GPU着色器中，输入所述插值样本点及其他参数，构建待渲染模型及渲染所需的多种资源，通过IDW算法，对待求点周边的样本离散点进行加权平均并插值，计算求得空间上所有待求点插值结果，输出插值渐变纹理图；离屏渲染步骤：将所述插值渐变纹理图传递至用户终端渲染管线中进行渲染处理，并将最终的插值渐变处理结果输出至用户展示页面。2.根据权利要求1所述的基于GPU反距离插值渲染方法，其特征在于，还包括：等值线的处理步骤：在所述GPU着色器中，基于插值渐变纹理图，采用距离场函数计算获得等值线；外围边界处理步骤：传入边界数据并对其进行三角化处理，生成顶点数据，传入用户终端渲染管线中，完成对指定边界范围内插值计算结果裁剪，实现异形边界遮罩裁剪效果。3.根据权利要求1所述基于GPU反距离插值渲染方法，其特征在于，所述插值样本点数据传递步骤包括：纹理尺寸计算步骤：依据插值样本点数据量，计算纹理尺寸，新建二维数据纹理；初始化数据类型步骤：设置数据纹理各参数及纹理类型；插值样本点数据计算步骤：将插值样本点数据传递至数据纹理的图像中，计算插值样本点最大值及最小值，并以uniform形式传递至GPU着色器中，并更新数据纹理。4.根据权利要求1所述基于GPU反距离插值渲染方法，其特征在于，所述IDW渲染步骤包括：数据准备：输入生成的数据纹理及渐变色带纹理；构建渲染资源步骤：构建场景、相机、IDW几何体、渲染材质，构建渲染队列，将所述相机和所述几何体添加至所述场景中；渲染材质传递步骤：将渲染材质使用的着色器材质参数，通过uniforms形式传递至着色器；所述材质参数包括：距离权重的幂数、搜索半径大小、插值样本点最大值、插值样本点最小值、数据纹理的尺寸及数据点数量、等值线绘制开关、插值样本点空间范围、插值样本点中空间位置最小点。插值渐变图计算步骤：将uv坐标与插值样本点空间范围相乘，得到待插值计算的数据纹理点实际坐标值；对待求点附近的样本离散点进行加权平均以计算待求点插值结果，得到插值渐变图；输出步骤：将插值渐变图最终的处理结果输出至帧缓存中，再输出至纹理内存，为下个渲染管线使用作准备。5.根据权利要求4所述基于GP...

【专利技术属性】
技术研发人员：乐世华，张佳亮，胡阳，谢帅，吴俊华，李鉴，
申请(专利权)人：北京优锘科技有限公司，
类型：发明
国别省市：