本發(fā)明涉及虛擬現(xiàn)實(shí)，具體涉及一種基于三維引擎實(shí)現(xiàn)三維場景構(gòu)建及渲染優(yōu)化的方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在傳統(tǒng)的三維場景設(shè)計(jì)中，地編設(shè)計(jì)師完全根據(jù)二維手繪進(jìn)行設(shè)計(jì)和制作。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，三維軟件的普及和不斷完善，地編設(shè)計(jì)師在前期用手繪構(gòu)思的同時(shí)，加入了一些三維軟件并開始利用其進(jìn)行渲染。

2、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，使用戶沉浸到該環(huán)境中。三維引擎可以在編輯器中直接查看運(yùn)行效果，實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，實(shí)時(shí)預(yù)覽的功能讓開發(fā)者能夠快速迭代和測試游戲內(nèi)容，節(jié)省了不必要的等待時(shí)間。

3、目前，地編設(shè)計(jì)師們通常運(yùn)用某些三維軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)制作三維場景，運(yùn)用arnold、v?ray軟件進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化渲染，但這些軟件在運(yùn)用過程中存在如下問題：

4、1.渲染器問題：渲染效率低下；切換環(huán)境、光線及攝像機(jī)后需要重新進(jìn)行渲染，無法實(shí)現(xiàn)所見即所得，所有參數(shù)需要進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整，完成調(diào)整后還要進(jìn)行重新渲染，增加制作工作量和制作周期。

5、2.普通三維場景軟件缺陷：制作精度不夠；貼圖分辨率低；無法實(shí)時(shí)預(yù)覽編輯；不能滿足地編設(shè)計(jì)師的制作需求；靈活性差，無法與引擎進(jìn)行橋接。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種基于三維引擎實(shí)現(xiàn)三維場景構(gòu)建及渲染優(yōu)化的方法和系統(tǒng)，該方法及系統(tǒng)能夠整體提高三維場景的渲染速度和效果，同時(shí)提高軟件運(yùn)用互通的靈活性，滿足地編設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)效果和設(shè)計(jì)需求，降低修改成本和制作周期。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明公開一種基于三維引擎實(shí)現(xiàn)三維場景構(gòu)建及渲染優(yōu)化的方法，包括以下步驟：

4、步驟1：在三維場景軟件中進(jìn)行三維場景的編輯，得到三維場景模型；

5、步驟2：導(dǎo)出三維場景的高度數(shù)據(jù)、網(wǎng)格頂點(diǎn)法線坐標(biāo)數(shù)據(jù)和紋理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)為高度圖文件；

6、步驟3：將高度圖文件導(dǎo)入三維引擎中，解析數(shù)據(jù)并構(gòu)建由頂點(diǎn)組成的三角形的三維網(wǎng)格；

7、步驟4：計(jì)算法線紋理坐標(biāo)，將整個(gè)法線紋理覆蓋整個(gè)三維網(wǎng)格，獲得高分辨率的貼圖；

8、步驟5：將三維網(wǎng)格和高分辨率貼圖進(jìn)行結(jié)合，完成三維場景的快捷構(gòu)建及渲染。

9、進(jìn)一步地，所述步驟2中，所述高度數(shù)據(jù)包括通過像素顏色所獲取的三維場景表面高度的最小值及最大值，也即高度閾值；以及與所述三維場景表面高度相關(guān)聯(lián)的貼圖的大小及位置信息；所述紋理坐標(biāo)數(shù)據(jù)包括材質(zhì)球?qū)傩孕畔?，以及基于高度圖圖像的各像素顏色計(jì)算出的頂點(diǎn)高度。

10、進(jìn)一步地，所述步驟3中，解析數(shù)據(jù)的具體方法如下：

11、步驟3-1：將文件中的高度圖數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存中；

12、步驟3-2：創(chuàng)建一個(gè)無符號(hào)字符類型的數(shù)組in，用于存儲(chǔ)讀取的高度圖數(shù)據(jù)；所述數(shù)組in的大小等于高度圖的寬高尺寸的乘積；

13、步驟3-3：創(chuàng)建一個(gè)輸入文件流對象?infile，并使用成員函數(shù)?open?以二進(jìn)制模式打開所述高度圖文件；

14、步驟3-4：使用?read?函數(shù)從高度圖文件中讀取數(shù)據(jù)到in數(shù)組中，將in數(shù)組的起始地址轉(zhuǎn)換為字符指針，指定要讀取的字節(jié)數(shù)為in數(shù)組的大?。?/p>

15、步驟3-5：讀取完成后，關(guān)閉文件；

16、步驟3-6：通過循環(huán)將in數(shù)組中的數(shù)據(jù)復(fù)制到mheightmap數(shù)組中并進(jìn)行縮放處理；將無符號(hào)字符數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為浮點(diǎn)數(shù)，并乘以縮放比例得到紋理的高度值和寬度值。

17、進(jìn)一步地，所述步驟3中，構(gòu)建由頂點(diǎn)組成的三角形的三維網(wǎng)格的具體方法如下：

18、步驟31：創(chuàng)建紋理對象：創(chuàng)建一個(gè)與貼圖相關(guān)聯(lián)的紋理對象；

19、步驟32：計(jì)算增量值：通過將紋理的寬度值除以實(shí)際寬度減?1，得到每個(gè)網(wǎng)格頂點(diǎn)坐標(biāo)在水平方向上的增量，以確保紋理在水平方向上正確映射到模型上；調(diào)整起始?z?坐標(biāo)的范圍，再除以實(shí)際高度值減?1，實(shí)現(xiàn)紋理在垂直方向上的均勻分布。

20、步驟33：創(chuàng)建列表：創(chuàng)建positions?列表用以存儲(chǔ)模型的各個(gè)頂點(diǎn)位置信息并確認(rèn)模型在空間中的位置和形狀；創(chuàng)建textcoords列表用以存儲(chǔ)與紋理相關(guān)的坐標(biāo)信息，將紋理映射到模型上；創(chuàng)建indices列表將連接頂點(diǎn)形成三角形的索引信息進(jìn)行存儲(chǔ)。

21、步驟34：列表轉(zhuǎn)換數(shù)組：將各頂點(diǎn)的位置信息posarr、紋理坐標(biāo)信息textcoordsarr、連接頂點(diǎn)形成三角形的索引信息indicesarr由列表形式轉(zhuǎn)換為數(shù)組形式。

22、步驟35：創(chuàng)建網(wǎng)格：使用轉(zhuǎn)換后的posarr、extcoordsarr、indicesarr這三種數(shù)組創(chuàng)建更高精度三維網(wǎng)格。

23、進(jìn)一步地，所述步驟4包括以下具體步驟：

24、步驟41：創(chuàng)建一個(gè)?normal?列表來存儲(chǔ)相鄰頂點(diǎn)變量的位置數(shù)據(jù)信息；

25、步驟42：索引獲取normals列表中相鄰頂點(diǎn)的位置數(shù)據(jù)，通過計(jì)算相鄰頂點(diǎn)之間的差值得到頂點(diǎn)間的位移向量，設(shè)置位移向量為默認(rèn)的法線值，并將位移向量的法線值添加到normals列表中；

26、步驟43：將normals列表轉(zhuǎn)換為數(shù)組，通過數(shù)組的轉(zhuǎn)換，得到每個(gè)相鄰頂點(diǎn)位置所對應(yīng)的法線坐標(biāo)值，將頂點(diǎn)位置的法線坐標(biāo)進(jìn)行排布并形成圖形矩陣，最終得到高分辨率的法線貼圖；

27、步驟44：創(chuàng)建一個(gè)材質(zhì)對象material并將其應(yīng)用到三維網(wǎng)格上。

28、進(jìn)一步地，所述步驟5具體步驟如下：

29、在三維引擎中將步驟3和步驟4中的三維場景和高分辨率貼圖進(jìn)行結(jié)合，設(shè)置反射參數(shù)，調(diào)整光的方向，利用三維引擎的光線追蹤技術(shù)，查看真實(shí)的效果，根據(jù)調(diào)試的效果進(jìn)行場景的修改。

30、第二方面，本發(fā)明公開一種基于三維引擎實(shí)現(xiàn)三維場景構(gòu)建及渲染優(yōu)化的系統(tǒng)，包括以下功能模塊：

31、模型編輯模塊，用以在三維場景軟件中進(jìn)行三維場景的編輯，得到三維場景模型；

32、數(shù)據(jù)導(dǎo)出及存儲(chǔ)模塊，用以導(dǎo)出三維場景的高度數(shù)據(jù)、網(wǎng)格頂點(diǎn)法線坐標(biāo)數(shù)據(jù)和紋理坐標(biāo)數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)為高度圖文件；

33、數(shù)據(jù)解析及網(wǎng)格構(gòu)建模塊，用以將高度圖文件導(dǎo)入三維引擎中，解析數(shù)據(jù)并構(gòu)建由頂點(diǎn)組成的三角形的三維網(wǎng)格；

34、貼圖獲取模塊，用以計(jì)算法線紋理坐標(biāo)，將整個(gè)法線紋理覆蓋整個(gè)三維網(wǎng)格，獲得高分辨率的貼圖；

35、場景構(gòu)建及渲染模塊，用以將三維網(wǎng)格和高分辨率貼圖進(jìn)行結(jié)合，完成三維場景的快捷構(gòu)建及渲染。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

37、本發(fā)明通過三維軟件和三維引擎的結(jié)合使用，大大提高了軟件的靈活性，滿足了地編設(shè)計(jì)師的想象力，可以進(jìn)行更大膽和高數(shù)據(jù)量的創(chuàng)作，真正滿足地編設(shè)計(jì)師需要的設(shè)計(jì)效果及設(shè)計(jì)理念。制作出的三維場景，通過虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，更大限度的還原出場景的真實(shí)效果，增加用戶對虛擬環(huán)境的沉浸感。三維引擎強(qiáng)大的實(shí)時(shí)渲染，以及光影追蹤功能，能夠讓虛擬的三維場景快速得到帶有材質(zhì)的效果。三維引擎的使用，可以使三維場景不用在切換環(huán)境、光線后進(jìn)行重新渲染，降低了時(shí)間和人力成本，提高了效率。