專利名稱：一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成系統(tǒng)與方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可視化編輯與合成領(lǐng)域，尤其是一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成系統(tǒng)與方法。
背景技術(shù)：
隨著圖形硬件可編程能力的不斷提高，圖形處理單元(Graphic ProcessingUnit)在圖形實(shí)時(shí)渲染中擔(dān)任越來越重要的角色。充分利用GPU的并行性能，減輕CPU負(fù)擔(dān)，緩解CPU和圖形接口在圖形渲染過程中由于總線對整個(gè)流水線產(chǎn)生的瓶頸。其次，不斷增強(qiáng)的可編程特性，在頂點(diǎn)和象素階段可以產(chǎn)生更豐富的形狀、外觀特效。著色器模型2. 0以后的渲染管線提供了兩種可編程模塊，通過運(yùn)行定制的著色器 程序，實(shí)現(xiàn)材質(zhì)渲染，在現(xiàn)代游戲開發(fā)中也開始受到關(guān)注?？梢暬牟馁|(zhì)編輯器，它能很方便地幫助不會(huì)編寫GPU著色器程序代碼的美工創(chuàng)造出令人驚嘆的材質(zhì)效果。這樣，圖形程序員被解放出來將精力更多地用于整個(gè)引擎的圖形架構(gòu)。固定的圖形管線中頂點(diǎn)的光照和坐標(biāo)變換由頂點(diǎn)程序取代，像素的顏色融合及紋理操作像素程序取代，固定圖形管線演變?yōu)榭删幊虉D形管線。人們可以在頂點(diǎn)和像素兩個(gè)級別上編程實(shí)現(xiàn)靈活的處理，滿足不同的要求。頂點(diǎn)和像素程序在圖形應(yīng)用中統(tǒng)稱為著色器程序(SHADER)。以及后來的GeForceex、7x系列和相應(yīng)的ATI 5xx核心的處理器都是沿著擴(kuò)展圖形可編程能力的方向發(fā)展，這一階段圖形處理器的特點(diǎn)是“可編程圖形管線(PROGRAMABLE PIPELINE)”。對于大多數(shù)的GPU編程語言，要高效地合并著色器很難，因?yàn)橹Z言的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)具有完整效果的單塊程序。特別是對于沒有編程經(jīng)驗(yàn)的美工，如果要實(shí)現(xiàn)一個(gè)比較滿意的材質(zhì)效果，就需要把自己的想法和編程人員進(jìn)行溝通，而不能夠自己來實(shí)現(xiàn)創(chuàng)作，這個(gè)過程不僅增加了成本，而且往往不能得到想要的效果。本發(fā)明，為了改善這方面的困難，在用戶不需要編寫著色器程序代碼的情況下，任意的組合美工想要得到的材質(zhì)效果。在一套嚴(yán)格定義的規(guī)則約束下，實(shí)現(xiàn)了著色器程序片段動(dòng)態(tài)重組成新的著色器程序，實(shí)時(shí)產(chǎn)生高級材質(zhì)效果。美工人員通過可視化創(chuàng)作就可以得到自己想要的材質(zhì)效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成系統(tǒng)與方法，探索動(dòng)態(tài)合成著色器程序的方法，生成這些程序、存儲(chǔ)它們以及把一個(gè)靈活的著色器程序流水線整合到3D引擎的高級技術(shù)。目標(biāo)是讓引擎的材質(zhì)渲染基于著色器程序，卻不至于只支持預(yù)定義效果，通過組織基本的效果元素，以新穎和富有創(chuàng)造性的方法進(jìn)行集成，美工不需要知道著色器流水線的系統(tǒng)知識(shí)就可以加入更加細(xì)微豐富的效果，以堆積木的方式建立出可以重組的新效果。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成系統(tǒng)，包括以下功能模塊主接口模塊、表達(dá)式庫模塊、屬性模塊、GPU著色器生成模塊和材質(zhì)合成模塊；主接口模塊用于定義光照方程各分量接口、法線接口、透明接口、透明遮罩接口和扭曲接口 ；
表達(dá)式庫模塊提供給用戶方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的集合；
屬性模塊用來確定整個(gè)渲染流程的狀態(tài)和每一個(gè)表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的屬性；
GPU著色器生成模塊用來生成最終的GPU著色器模塊；
材質(zhì)合成模塊用于產(chǎn)生材質(zhì)渲染效果，即根據(jù)前面生成的GPU著色器模塊、用戶加載進(jìn)系統(tǒng)的三維物體模型、設(shè)置好的材質(zhì)渲染流程的狀態(tài)，將材質(zhì)效果實(shí)時(shí)渲染到預(yù)覽窗中；
其中，光照方程各分量接口，用于構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)光照方程，建立材質(zhì)的光照效果；法線接口， 用于將傳遞進(jìn)來的法線貼圖數(shù)據(jù)解釋為每個(gè)像素的法線向量；透明接口，用于將標(biāo)量解釋為透明度；透明遮罩接口，用于確定對每一個(gè)像素是否應(yīng)用透明效果；扭曲接口，用于確定扭曲度大小；三維物體模型，用于展示生成的材質(zhì)效果。作為優(yōu)選，光照方程各分量包括漫反射分量、自發(fā)光分量、高光分量和高光系數(shù)。作為優(yōu)選，表達(dá)式庫模塊包括數(shù)據(jù)源類表達(dá)式和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法類表達(dá)式；數(shù)據(jù)源類表達(dá)式用來定義圖形學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提供數(shù)據(jù)流；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法類表達(dá)式用來提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法，為數(shù)據(jù)流的流動(dòng)提供了保證。作為優(yōu)選，屬性模塊用來設(shè)置整個(gè)材質(zhì)效果的屬性或者用來設(shè)置單獨(dú)表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的屬性，每一種表達(dá)式都對應(yīng)著若干種屬性，這些屬性或者決定數(shù)據(jù)源的數(shù)值，或者決定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的狀態(tài)。作為優(yōu)選，整個(gè)材質(zhì)效果的屬性包括線框顯示、取樣方式、透明顯示。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的另一目的在于提供了一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成方法，包括以下步驟
步驟(I):從表達(dá)式庫模塊中選擇表達(dá)式，建立表達(dá)式結(jié)點(diǎn)組合的有向無環(huán) 步驟(2):通過屬性模塊設(shè)置每一個(gè)表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的屬性，以及整個(gè)渲染流程的狀態(tài)； 步驟(3):通過GPU著色器生成模塊加載三維物體模型，執(zhí)行渲染；
步驟(4):通過材質(zhì)合成模塊預(yù)覽材質(zhì)效果，實(shí)現(xiàn)二次編輯。優(yōu)選步驟所述步驟(I)中，表達(dá)式庫模塊中每個(gè)表達(dá)式或?qū)?yīng)一種數(shù)據(jù)源，或?qū)?yīng)一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，表達(dá)式庫提供給用戶可用方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的集合，用戶通過表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的自由組合，得到相應(yīng)的材質(zhì)效果。優(yōu)選步驟所述步驟(3)中，用戶選取表達(dá)式庫中的表達(dá)式，通過符合圖形學(xué)意義的組合，形成一個(gè)有向無環(huán)圖，圖的結(jié)點(diǎn)就是每一個(gè)表達(dá)式，稱為表達(dá)式結(jié)點(diǎn)，通過將此有向無環(huán)圖進(jìn)行拓?fù)渑判虼_定數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向，然后按照拓?fù)渑判虻捻樞虮闅v圖的結(jié)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)流動(dòng)的整個(gè)過程輸出到GPU著色器模塊。優(yōu)選步驟所述步驟(4)中，根據(jù)前面生成的GPU著色器模塊、用戶加載進(jìn)系統(tǒng)的模型、設(shè)置好的材質(zhì)渲染流程的狀態(tài)，將材質(zhì)效果實(shí)時(shí)渲染到預(yù)覽窗中，用戶可以進(jìn)行預(yù)覽、調(diào)整攝像機(jī)朝向、旋轉(zhuǎn)模型以及二次編輯。綜上所述，由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果是可以靈活組織表示，生成用戶想要的材質(zhì)效果，并且將動(dòng)態(tài)組合得到的著色器程序，應(yīng)用于場景編輯器的材質(zhì)中。幫助不會(huì)編寫著色器程序的美工創(chuàng)建高級材質(zhì)特效，同時(shí)可以擴(kuò)展表達(dá)式庫并擴(kuò)展材質(zhì)類型，唯一的要求，用戶需要有基本的圖形學(xué)理論知識(shí)。


本發(fā)明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中
圖I是本發(fā)明用于基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成系統(tǒng)的材質(zhì)結(jié)構(gòu) 圖2是本發(fā)明用于基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成系統(tǒng)的合成渲染流程圖。
具體實(shí)施例方式本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。本說明書(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開的任一特征，除非特別敘 述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述。主接口模塊主接口模塊定義了一系列圖形學(xué)接口，表示圖形學(xué)各個(gè)方面，用來匯聚收集最終的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)分別加載進(jìn)光照方程各分量接口，通過，漫反射、高光、高光系數(shù)、自發(fā)光這幾個(gè)分量來構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)光照方程，得到真實(shí)的光照模型，建立材質(zhì)的光照效果；法線接口，用于將傳遞進(jìn)來的法線貼圖數(shù)據(jù)解釋為每個(gè)像素的法線向量，然后將該法線向量加入GPU著色器模塊關(guān)于每個(gè)像素顏色的計(jì)算中；透明接口，用于將標(biāo)量解釋為透明度，然后將該透明度數(shù)據(jù)加入GPU著色器模塊關(guān)于每個(gè)像素顏色的計(jì)算中；透明遮罩接口，用于確定對每一個(gè)像素是否應(yīng)用透明效果；扭曲接口，用于確定扭曲度大小。這一系列過程保證了整個(gè)渲染流程的通用性，整體上決定了整個(gè)材質(zhì)渲染效果。這些圖形學(xué)接口相當(dāng)于表達(dá)式結(jié)點(diǎn)有向無環(huán)圖的掛載點(diǎn)，數(shù)據(jù)匯集在此進(jìn)行拼裝組合，進(jìn)而組成完整的GPU著色器模塊實(shí)現(xiàn)高級材質(zhì)效果。表達(dá)式庫模塊表達(dá)式庫模塊包含了本系統(tǒng)所有的表達(dá)式，其組成結(jié)構(gòu)包括數(shù)據(jù)源類表達(dá)式和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法類表達(dá)式。每一個(gè)表達(dá)式包含有輸入、輸出和相應(yīng)的屬性，用來進(jìn)行數(shù)據(jù)的流動(dòng)；數(shù)據(jù)源類表達(dá)式用來定義圖形學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(GPU可編程語言中的內(nèi)置數(shù)據(jù)類型)，提供數(shù)據(jù)流支持，一般只有輸出沒有輸入，這個(gè)類型的表達(dá)式有二維紋理、三維紋理、環(huán)境貼圖、RGB值和標(biāo)量值；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法類表達(dá)式用來提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法(基本數(shù)學(xué)操作和圖形學(xué)算法中的通用模塊)，為數(shù)據(jù)流的流動(dòng)提供了保證，存在若干個(gè)輸入和一個(gè)輸出，這個(gè)類型的表達(dá)式有折射、反射、四則運(yùn)算、插值類提供給用戶不同的插值算法、坐標(biāo)變換類提供模型頂點(diǎn)和攝像機(jī)在不同坐標(biāo)空間中的變換、動(dòng)畫表示類在時(shí)間函數(shù)的作用下結(jié)合數(shù)學(xué)函數(shù)來對紋理坐標(biāo)進(jìn)行擾動(dòng)等。表達(dá)式庫模塊的實(shí)現(xiàn)形式是以DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫的方式加載到主程序中，每當(dāng)有新的圖形學(xué)材質(zhì)算法被研究出來時(shí)，我們可以將算法抽象為數(shù)據(jù)源和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的組合，將表達(dá)式庫中沒有的數(shù)據(jù)源表達(dá)式和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法表達(dá)式加入表達(dá)式庫中，以便產(chǎn)生新的材質(zhì)效果。因此我們的表達(dá)式庫具有擴(kuò)展特性。表達(dá)式庫模塊提供了材質(zhì)合成系統(tǒng)的所有方法和數(shù)據(jù)，用戶從庫中選擇表達(dá)式，進(jìn)行符合圖形學(xué)意義的組合，組合后的最終輸出將會(huì)流向主接口模塊相應(yīng)的接口，進(jìn)而組合成完整的GPU著色器模塊，就可以得到相應(yīng)的高級材質(zhì)效果。屬性模塊屬性模塊用來確定整個(gè)渲染流程的狀態(tài)和每一個(gè)表達(dá)式的屬性。渲染流程狀態(tài)的設(shè)置決定了渲染管線中某個(gè)渲染狀態(tài)，渲染管線中的渲染狀態(tài)一般都是是或否兩種狀態(tài)，或者為可配置的狀態(tài)，比如是否以線框模式渲染，是否利用透明度值，透明度的計(jì)算采取的規(guī)則等；每個(gè)表達(dá)式屬性實(shí)際上是底層每個(gè)表達(dá)式類的私有成員，在將表達(dá)式拖入編輯區(qū)的同時(shí)，我們可以對表達(dá)式的屬性進(jìn)行設(shè)置，這一動(dòng)作會(huì)觸發(fā)修改事件，作用于類的成員函數(shù)，修改類的私有成員的值，同時(shí)修改對應(yīng)的著色器代碼。底層實(shí)現(xiàn)是通過調(diào)用當(dāng)前表達(dá)式對應(yīng)的類的成員函數(shù)，設(shè)置類數(shù)據(jù)成員的值，同時(shí)更新對應(yīng)GPU著色器代碼，通過此方式動(dòng)態(tài)更新GPU著色器模塊中屬性對應(yīng)的著色器程序參數(shù)。每個(gè)表達(dá)式屬性的設(shè)置決定了 GPU著色器模塊中某個(gè)變量的值，比如RGB表達(dá)式的四個(gè)通道的值，紋理表達(dá)式的紋理坐標(biāo)取值模式等。通過屬性模塊，可以同時(shí)決定渲染管線和GPU著色器模塊的最終產(chǎn)出效果。GPU著色器生成模塊GPU著色器生成模塊用來產(chǎn)生最終的GPU著色器模塊，大致有三個(gè)過程。第一，在編輯區(qū)，用戶選取表達(dá)式庫中的表達(dá)式，通過符合圖形學(xué)意義的組合， 用連線將一個(gè)表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的輸出連接到另一個(gè)表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的輸入，用此種方式表示數(shù)據(jù)的流動(dòng)，最終表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的輸出將會(huì)連接到主接口對應(yīng)的接口中去。第二，用戶做好連線工作后，形成一個(gè)有向無環(huán)圖，圖的結(jié)點(diǎn)就是每一個(gè)表達(dá)式，稱為表達(dá)式結(jié)點(diǎn)。第三，通過將此有向無環(huán)圖進(jìn)行拓?fù)渑判?，也就確定了數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向，然后按照拓?fù)渑判虻捻樞虮闅v圖的結(jié)點(diǎn)，就可以將數(shù)據(jù)流動(dòng)的整個(gè)過程整理出來，輸出到主接口模塊中去，主接口模塊收集到這些數(shù)據(jù)，會(huì)組合成GPU著色器程序，這樣就生成了完整的GPU著色器模塊。其中，GPU著色器生成模塊還負(fù)責(zé)定義通用的渲染流程，包括定義所有組件之間的通信渠道，通信渠道在每個(gè)表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的入口和出口端口中定義，規(guī)范了每個(gè)端口的數(shù)據(jù)類型，表達(dá)式結(jié)點(diǎn)根據(jù)入口結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)類型選擇表示底層的函數(shù)類型，表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的輸出端口的數(shù)據(jù)類型由入口數(shù)據(jù)類型決定，通過定義規(guī)范的通信渠道定，保證了結(jié)點(diǎn)的通用特性；定義光照方程分量接口，定義了光照方程可能涉及的所有分量和參數(shù)，在沒有輸入的時(shí)候，采用默認(rèn)值參與光照計(jì)算，當(dāng)將編輯區(qū)的結(jié)點(diǎn)樹和光照方程分量接口關(guān)聯(lián)時(shí)，相當(dāng)于把通用的著色器代碼掛接到了這些節(jié)點(diǎn)，類似總線結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)點(diǎn)，而編輯區(qū)的節(jié)點(diǎn)之間的連接，相當(dāng)于樹狀結(jié)構(gòu)的掛接；定義光照方程，光照方程采用豐(Phong)光照方程，光照方程分量有光照方程類型決定，編輯區(qū)所有的節(jié)點(diǎn)掛接和修改都是動(dòng)態(tài)的修改著色器代碼，映射到底層就是動(dòng)態(tài)的修改光照方程中的分量值，最終將逐像素的光照計(jì)算所得到的顏色值賦值給每個(gè)像素，渲染出來。所有節(jié)點(diǎn)的通用性、光照方程分量接口的通用性和光照方程的通用性保證了整個(gè)渲染流程的通用性。在通用流程的架構(gòu)下，規(guī)劃了渲染流水線的組件掛接點(diǎn)，在特定的注入點(diǎn)，可以高效的傳入通用代碼。材質(zhì)合成模塊材質(zhì)合成模塊最終產(chǎn)生材質(zhì)渲染效果。根據(jù)前面生成的GPU著色器模塊、用戶加載進(jìn)系統(tǒng)的三維物體模型、設(shè)置好的材質(zhì)渲染流程的狀態(tài)，交給底層圖形渲染引擎的著色器程序加載接口，在GPU中執(zhí)行頂點(diǎn)著色器程序和像素著色器程序，將材質(zhì)效果實(shí)時(shí)渲染到預(yù)覽窗中，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)渲染，用戶根據(jù)渲染結(jié)果，可以進(jìn)行預(yù)覽、調(diào)整攝像機(jī)朝向、旋轉(zhuǎn)模型，還可以繼續(xù)編輯，得到更細(xì)化的材質(zhì)效果。參見圖I，這是一個(gè)材質(zhì)結(jié)構(gòu)圖。
從圖可以看出，表達(dá)式結(jié)點(diǎn)之間通過連線將一個(gè)表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的輸出連接到另一個(gè)表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的輸入上去,用來表示數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向。數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)源類表達(dá)式開始流動(dòng),經(jīng)過若干個(gè)用戶選取的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法類表達(dá)式，進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換和重組，最終得到具有圖形學(xué)意義的數(shù)據(jù)，至此，有向無環(huán)圖表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的任務(wù)結(jié)束。有向無環(huán)圖表達(dá)式結(jié)點(diǎn)接著必須和主接口模塊中的相應(yīng)接口進(jìn)行連線，表示之前生成的圖形學(xué)意義的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過主接口的包裝組合才能生成完整的GPU著色器模塊。主接口模塊將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，分別是光照方程各分量、法線分量、透明分量和扭曲分量，將數(shù)據(jù)一一對應(yīng)到這幾個(gè)分量中去，然后組合生成完整的GPU著色器模塊。最終，底層圖形渲染引擎將生成好的完整GPU著色器模塊加載進(jìn)來，生成用戶想要的高級材質(zhì)效果。圖2為材質(zhì)渲染的流程圖。從圖可以看出，該流程囊括了本發(fā)明的所有模塊，從用戶操作到最終生成的高級材質(zhì)效果。I、用戶打開表達(dá)式庫，選擇能產(chǎn)生想要材質(zhì)效果的相應(yīng)表達(dá)式，并將其拖進(jìn)編輯區(qū)。 2、用戶按照圖形學(xué)意義將一個(gè)表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的輸出連到另一個(gè)表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的輸入，用來表示數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向，并在此過程中設(shè)置好表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的屬性，對于數(shù)據(jù)源類表達(dá)式，屬性即是數(shù)據(jù)源的值；對于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法類表達(dá)式，屬性即是轉(zhuǎn)換過程的配置。最終用戶的連線將表達(dá)式結(jié)點(diǎn)組織成了一個(gè)有向無環(huán)圖，圖的結(jié)點(diǎn)就是每一個(gè)表達(dá)式。數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向即是該有向無環(huán)圖拓?fù)渑判虻捻樞?。因此只需要以拓?fù)漤樞虮闅v該有向無環(huán)圖，即可以得到數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向。3、用戶需要將有向無環(huán)圖表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的最終表達(dá)式輸出連接到主接口模塊的相應(yīng)接口上去。以拓?fù)漤樞虮闅v該有向無環(huán)圖，將每個(gè)表達(dá)式的數(shù)據(jù)或操作傳遞給主接口模塊各個(gè)接口，主接口模塊生成完整的GPU著色器模塊。4、利用生成好的GPU著色器模塊，加載進(jìn)來的模型文件，設(shè)置好的渲染管線的狀態(tài)，通過底層圖形渲染引擎提供的著色器程序加載接口，生成該著色器程序?qū)?yīng)的高級材質(zhì)效果，并在模型表面展示出來。5、對于已經(jīng)呈現(xiàn)在預(yù)覽窗口的材質(zhì)，可以通過旋轉(zhuǎn)移動(dòng)模型的方式來進(jìn)行多角度預(yù)覽，還可以通過改變屬性的方式來進(jìn)行二次編輯。本發(fā)明并不局限于前述的具體實(shí)施方式
。本發(fā)明擴(kuò)展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。
權(quán)利要求
1.一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成系統(tǒng)，其特征在于包括以下功能模塊主接口模塊、表達(dá)式庫模塊、屬性模塊、GPU著色器生成模塊和材質(zhì)合成模塊； 主接口模塊用于定義光照方程各分量接口、法線接口、透明接口、透明遮罩接口和扭曲接口 ； 表達(dá)式庫模塊提供給用戶方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的集合； 屬性模塊用來確定整個(gè)渲染流程的狀態(tài)和每一個(gè)表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的屬性； GPU著色器生成模塊用來生成最終的GPU著色器模塊； 材質(zhì)合成模塊用于產(chǎn)生材質(zhì)渲染效果，即根據(jù)前面生成的GPU著色器模塊、用戶加載進(jìn)系統(tǒng)的三維物體模型、設(shè)置好的材質(zhì)渲染流程的狀態(tài)，將材質(zhì)效果實(shí)時(shí)渲染到預(yù)覽窗中； 其中，光照方程各分量接口，用于構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)光照方程，建立材質(zhì)的光照效果；法線接口，用于將傳遞進(jìn)來的法線貼圖數(shù)據(jù)解釋為每個(gè)像素的法線向量；透明接口，用于將標(biāo)量解釋為透明度；透明遮罩接口，用于確定對每一個(gè)像素是否應(yīng)用透明效果；扭曲接口，用于確定扭曲度大小；三維物體模型，用于展示生成的材質(zhì)效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成系統(tǒng)，其特征在于光照方程各分量包括漫反射分量、自發(fā)光分量、高光分量和高光系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成系統(tǒng)，其特征在于表達(dá)式庫模塊包括數(shù)據(jù)源類表達(dá)式和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法類表達(dá)式；數(shù)據(jù)源類表達(dá)式用來定義圖形學(xué)相關(guān)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，提供數(shù)據(jù)流；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法類表達(dá)式用來提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的方法，為數(shù)據(jù)流的流動(dòng)提供了保證。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成系統(tǒng)，其特征在于屬性模塊用來設(shè)置整個(gè)材質(zhì)效果的屬性或者用來設(shè)置單獨(dú)表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的屬性，每一種表達(dá)式都對應(yīng)著若干種屬性，這些屬性或者決定數(shù)據(jù)源的數(shù)值，或者決定數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法的狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成系統(tǒng)，其特征在于整個(gè)材質(zhì)效果的屬性包括線框顯示、取樣方式、透明顯示。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3或4或5所述的一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成方法，其特征在于包括以下步驟 步驟(I):從表達(dá)式庫模塊中選擇表達(dá)式，建立表達(dá)式結(jié)點(diǎn)組合的有向無環(huán)圖； 步驟(2):通過屬性模塊設(shè)置每一個(gè)表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的屬性，以及整個(gè)渲染流程的狀態(tài)； 步驟(3):通過GPU著色器生成模塊加載三維物體模型，執(zhí)行渲染； 步驟(4):通過材質(zhì)合成模塊預(yù)覽材質(zhì)效果，實(shí)現(xiàn)二次編輯。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成方法，其特征在于所述步驟(I)中，表達(dá)式庫模塊中每個(gè)表達(dá)式或?qū)?yīng)一種數(shù)據(jù)源，或?qū)?yīng)一種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，表達(dá)式庫提供給用戶可用方法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的集合，用戶通過表達(dá)式結(jié)點(diǎn)的自由組合，得到相應(yīng)的材質(zhì)效果。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成方法，其特征在于所述步驟(3)中，用戶選取表達(dá)式庫中的表達(dá)式，通過符合圖形學(xué)意義的組合，形成一個(gè)有向無環(huán)圖，圖的結(jié)點(diǎn)就是每一個(gè)表達(dá)式，稱為表達(dá)式結(jié)點(diǎn)，通過將此有向無環(huán)圖進(jìn)行拓?fù)渑判虼_定數(shù)據(jù)的流動(dòng)方向，然后按照拓?fù)渑判虻捻樞虮闅v圖的結(jié)點(diǎn)，將數(shù)據(jù)流動(dòng)的整個(gè)過程輸出到GPU著色器模塊。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成方法，其特征在于所述步驟(4)中，根據(jù)前面生成的GPU著色器模塊、用戶加載進(jìn)系統(tǒng)的模型、設(shè)置好的材質(zhì)渲染流程的狀態(tài)，將材質(zhì)效果實(shí)時(shí)渲染到預(yù)覽窗中，用戶可以進(jìn)行預(yù)覽、調(diào)整攝像機(jī)朝向、旋轉(zhuǎn)模型以及二次編輯。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于可視化編輯的高級材質(zhì)合成系統(tǒng)與方法，涉及可視化編輯與合成領(lǐng)域，包括以下功能模塊主接口模塊、表達(dá)式庫模塊、屬性模塊、GPU著色器生成模塊和材質(zhì)合成模塊；主接口模塊用于定義光照方程各分量接口、法線接口、透明接口、透明遮罩接口和扭曲接口；本發(fā)明的有益效果是可以靈活組織表示，生成用戶想要的材質(zhì)效果，并且將動(dòng)態(tài)組合得到的著色器程序，應(yīng)用于場景編輯器的材質(zhì)中。幫助不會(huì)編寫著色器程序的美工創(chuàng)建高級材質(zhì)特效，同時(shí)可以擴(kuò)展表達(dá)式庫并擴(kuò)展材質(zhì)類型，唯一的要求，用戶需要有基本的圖形學(xué)理論知識(shí)。
文檔編號(hào)G06T15/50GK102760304SQ20121021719
公開日2012年10月31日 申請日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者唐琛, 曹躍, 李文全, 李鑫, 田瑞嬌, 蔡洪斌, 許泉, 趙帥, 陳雷霆 申請人:電子科技大學(xué)