一种分布式三维场景渲染系统的制作方法

1.本发明涉及三维渲染技术领域，尤其涉及一种分布式三维场景渲染系统。


背景技术：

2.渲染作为一种计算机绘图过程，其在进行时会占据大量的计算机资源，而对于实时进行的计算机应用场景，渲染的不及时会导致使用体验的降低，同时，对场景的艺术构建也会造成较大影响；将三维模型进行完全渲染对于小型场景的渲染是较为可靠的，而对于大型场景，计算机的图像处理能力往往因模型面数过多而导致难以实现。
3.中国专利授权公告号：cn103700133b公开了一种三维场景分布式渲染同步刷新方法和系统，其中三维场景分布式渲染同步刷新方法，包括步骤：获取待刷新三维场景中的三维模型数据，按照图形工作站渲染性能参数和预设渲染帧率将三维模型数据进行分组；依次将每组三维模型数据进行分布式渲染，生成相应的图像；将同一组三维模型数据渲染得到的图像同步刷新显示。该发明方案通过将待刷新三维场景以三维模型数据为基准渲染成多个画面，将同一组三维模型数据渲染得到的图像同步刷新显示，从而实现显示单元内三维显示内容同步刷新。
4.但是，上述方法存在以下问题：无法对大型场景进行实时渲染。


技术实现要素：

5.为此，本发明提供一种分布式三维场景渲染系统，用以克服现有技术中无法对大型场景进行实时渲染，从而导致场景渲染的时效性下降的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供一种分布式三维场景渲染系统，包括：分切模块，其用以根据预设分割策略对三维场景进行分割，并形成场景分割区域；定向模块，其与所述分切模块相连，用以根据各场景分割区域与待渲染模型的位置关系确定视觉方向；若干观测模块，其与所述分切模块以及所述定向模块相连，用以对所述待渲染模型进行显示，并根据单个观测模块的所处的所述场景分割区域，根据视觉方向以预设渲染策略渲染对应的待渲染模型，形成对应的视觉渲染信息；若干定型模块，其与所述分切模块以及所述定向模块相连，并分别与对应的观测模块相连，用以根据所述视觉方向定位以及所述视觉渲染信息，生成所述场景分割区域对于所述待渲染模型的降维视觉信息；反馈模块，其与各定型模块以及各观测模块相连，用以根据预设视觉调整策略对所述降维视觉信息进行调整，以形成调整视觉信息；分配模块，其与所述各观测模块以及所述定向模块相连，用以根据观测模块的位置将以及所述视觉方向确定对应的调整视觉信息，并将调整视觉信息传输至对应的观测模块；
其中，所述预设分割策略为以所述待渲染模型为原点对场景进行分割；所述预设渲染策略为将与所述视觉方向对应的所述待渲染模型的各模型面进行渲染；所述预设视觉调整策略为根据所述视觉方向调整所述降维视觉信息的形状。
7.进一步地，所述观测模块在定向条件下，根据所述视觉方向确定投影面，并将所述待渲染模型投影在投影面上，以形成观测面数据；其中，所述投影面为垂直于所述视觉方向的面；所述定向条件为观测模块对待渲染模型进行观察。
8.进一步地，所述观测模块在渲染条件下，根据所述观测面数据，对所述待渲染模型投影在所述投影面上的各模型面分别进行渲染，其中，所述观测模块中设有投影面积阈值，若单个模型面在所述投影面上的投影小于所述投影面积阈值，所述观测模块判定该模型面能够忽略，并对该模型面的材质进行模糊处理；若单个模型面在所述投影面上的投影大于或等于所述投影面积阈值，所述观测模块对该模型面进行渲染；其中，所述投影面积阈值与所述观测模块显示的分辨率成正相关；其中，所述渲染条件为所述单个观测模块对所述待渲染模型执行所述预设渲染策略。
9.进一步地，所述定型模块在所述渲染条件下，将完成渲染的所述待渲染模型投影在所述观测面上，并形成所述降维视觉信息。
10.进一步地，所述反馈模块在观测条件下，根据所述视觉方向将对应的所述降维视觉信息以所述预设视觉调整策略进行变形，其中，对于单个所述降维视觉信息，其变形方式为根据所述视觉方向与形成所述降维视觉信息的投影面的夹角进行透视变形；所述观测条件为所述定型模块形成所述待渲染模型的降维视觉信息。
11.进一步地，所述分切模块在执行所述预设分割策略时，以预设尺寸将三维空间分割为所述场景分割区域，并根据距离所述待渲染模型的尺寸确定渲染空间；其中，所述预设尺寸与所述观测模块显示的分辨率成正相关；渲染空间为所述单个观测模块处于渲染空间时，待渲染模型在该观测模块的对应的所述投影面上的投影大于所述投影面积阈值。
12.进一步地，所述分切模块在执行所述预设分割策略时，若所述待渲染模型包含若干实体，分切模块以待渲染模型的最长边为基准，将待渲染模型置入单个立方体空间内，并以该空间的几何中心为原点执行预设分割策略。
13.进一步地，所述定向模块在所述预设分割策略下，将各场景分割区域的几何中心为基准，指向所述原点的向量记为该场景分割区域的视觉方向。
14.进一步地，所述分配模块根据所述单个观测模块的位置与所述原点的连线对应的方向，选取与该方向夹角最小的所述视觉方向对应的调整视觉信息，并传输至该观测模块。
15.进一步地，所述各观测模块在以所述预设渲染策略完成对所述待渲染模型的渲染时，将完成渲染的对应数据传输至所述分配模块，分配模块根据所述各模型面的渲染数据组合成对应的渲染模型，并将渲染模型的数据进行存储。
16.与现有技术相比，本发明的有益效果在于，利用设置分切模块、定向模块、若干观测模块、若干定型模块、反馈模块以及分配模块的方式，对三维场景的模型进行分布式渲
染，并在完成渲染后将渲染的最终图像快速呈现在对应视角上，在有效提升了三维场景渲染的渲染效率的同时，提升了三维场景渲染的时效性。
17.进一步地，利用将完成渲染的图形进行投影的方式，将渲染的模型外观进行记录，并形成对应的图像，在有效提升了图像精度的同时，进一步提升了三维场景渲染的时效性。
18.进一步地，通过对场景进行分割的方式，确定对应的观测方位，并根据观测方位对图像进行变形处理，在有效降低了图像处理所需资源的同时，提升了渲染效率，从而进一步提升了三维场景渲染的时效性。
19.进一步地，通过将渲染模型进行异地存储的方式，在有效降低了单个设备重复渲染导致的资源浪费的同时，有效提升了渲染效率，从而进一步提升了三维场景渲染的时效性。
附图说明
20.图1为本发明分布式三维场景渲染系统的结构示意图；图2为本发明实施例视觉方向示意图；图3为本发明实施例模型面示意图；图4为本发明实施例图像变形示意图；其中：1-待渲染模型；2-视觉方向；3-投影面；4-场景分割区域；5-观测面；6-基准点；61-基准图像；7-变换点；71-变换图像。
具体实施方式
21.为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
22.下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。
23.需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
24.此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
25.请参阅图1所示，其为本发明分布式三维场景渲染系统的结构示意图，基于分布式三维场景渲染系统，包括：分切模块，其用以根据预设分割策略对三维场景进行分割，并形成场景分割区域；定向模块，其与分切模块相连，用以根据各场景分割区域与待渲染模型的位置关系确定视觉方向；若干观测模块，其与分切模块以及定向模块相连，用以对待渲染模型进行显示，并
根据单个观测模块的所处的场景分割区域，根据视觉方向以预设渲染策略渲染对应的待渲染模型，形成对应的视觉渲染信息；若干定型模块，其与分切模块以及定向模块相连，并分别与对应的观测模块相连，用以根据视觉方向定位以及视觉渲染信息，生成场景分割区域对于待渲染模型的降维视觉信息；反馈模块，其与各定型模块以及各观测模块相连，用以根据预设视觉调整策略对降维视觉信息进行调整，以形成调整视觉信息；分配模块，其与各观测模块以及定向模块相连，用以根据观测模块的位置以及视觉方向确定对应的调整视觉信息，并将调整视觉信息传输至对应的观测模块；其中，预设分割策略为以待渲染模型为原点对场景进行分割；预设渲染策略为将与视觉方向对应的待渲染模型的各模型面进行渲染；预设视觉调整策略为根据视觉方向调整降维视觉信息的形状。
26.本发明利用设置分切模块、定向模块、若干观测模块、若干定型模块、反馈模块以及分配模块的方式，对三维场景的模型进行分布式渲染，并在完成渲染后将渲染的最终图像快速呈现在对应视角上，在有效提升了三维场景渲染的渲染效率的同时，提升了三维场景渲染的时效性。
27.请参阅图2所示，其为本发明实施例视觉方向示意图，其中，以待渲染模型1的几何中心为目标点，以单个场景分割区域4的几何中心为起始点，其连线对应的方向为视觉方向2，与视觉方向2垂直的面即为投影面。
28.观测模块在定向条件下，根据视觉方向确定投影面，并将待渲染模型投影在投影面上，以形成观测面数据；其中，投影面为垂直于视觉方向的面；定向条件为观测模块对待渲染模型进行观察。
29.在实施中，投影面可以设置为穿越视觉方向对应的场景分割区域几何中心的平面。
30.请参阅图3所示，其为本发明实施例模型面示意图，其中，观测面5为待渲染模型投影在投影面上的对应面，可以理解的是，待渲染模型的外观由若干面组成，其组成的面数量越多，模型的外观越平滑。
31.观测模块在渲染条件下，根据观测面数据，对待渲染模型投影在投影面上的各模型面分别进行渲染，其中，观测模块中设有投影面积阈值，若单个模型面在投影面上的投影小于投影面积阈值，观测模块判定该模型面能够忽略，并对该模型面的材质进行模糊处理；若单个模型面在投影面上的投影大于或等于投影面积阈值，观测模块对该模型面进行渲染；其中，投影面积阈值与观测模块显示的分辨率成正相关；其中，渲染条件为单个观测模块对待渲染模型执行预设渲染策略。
32.可以理解的是，观测模块显示的分辨率与清晰度有关；在实施中，对于720p清晰度的观测模块，投影面积阈值为12个像素所占面积；对于1080p清晰度的观测模块，投影面积阈值为20个像素所占面积；
对于4k清晰度的观测模块，投影面积阈值为60个像素所占面积；可以理解的是，模糊处理包括晕染、马赛克、高斯模糊等，手段不唯一；在实施中，经过模糊处理的区域不与附近区域产生色差即可。
33.具体而言，定型模块在渲染条件下，将完成渲染的待渲染模型投影在观测面上，并形成降维视觉信息。
34.利用将完成渲染的图形进行投影的方式，将渲染的模型外观进行记录，并形成对应的图像，在有效提升了图像精度的同时，进一步提升了三维场景渲染的时效性。
35.具体而言，反馈模块在观测条件下，根据视觉方向将对应的降维视觉信息以预设视觉调整策略进行变形，其中，对于单个降维视觉信息，其变形方式为根据视觉方向与形成降维视觉信息的投影面的夹角进行透视变形；观测条件为定型模块形成待渲染模型的降维视觉信息。
36.请参阅图4所示，其为本发明实施例图像变形示意图，其中，基准点6为生成降维视觉信息的对应点，其产生的视觉信息为基准图像61，当观测模块抵达变换点7时，其对降维视觉信息进行观察时产生的图像为变换图像71.可以理解的是，以上述方式产生的降维视觉信息为一个平面图像，在实施中，以观察点即观测模块所处位置为基点，以上述平面图像的各边能够围成一个锥体，观测模块能够观察到的图像所处位置为该锥体的腰部，可以理解的是，该锥体在顶点发生偏移时，其腰部图像同步进行偏移。
37.具体而言，分切模块在执行预设分割策略时，以预设尺寸将三维空间分割为场景分割区域，并根据距离待渲染模型的尺寸确定渲染空间；其中，预设尺寸与观测模块显示的分辨率成正相关；渲染空间为单个观测模块处于渲染空间时，待渲染模型在该观测模块的对应的投影面上的投影大于投影面积阈值。
38.可以理解的是，待渲染模型的模型面的尺寸与其本身尺寸无关，在待渲染模型的尺寸较大时，若观测模块的分辨率较高，其产生的图像负载也会随之升高；在实施中，对于720p清晰度的观测模块，预设尺寸为长、宽、高均为400个像素的对应空间；对于1080p清晰度的观测模块，预设尺寸为长、宽、高均为1000个像素的对应空间；对于4k清晰度的观测模块，预设尺寸为长、宽、高均为1600个像素的对应空间。
39.具体而言，分切模块在执行预设分割策略时，若待渲染模型包含若干实体，分切模块以待渲染模型的最长边为基准，将待渲染模型置入单个立方体空间内，并以该空间的几何中心为原点执行预设分割策略。
40.具体而言，定向模块在预设分割策略下，将各场景分割区域的几何中心为基准，指向原点的向量记为该场景分割区域的视觉方向。
41.通过对场景进行分割的方式，确定对应的观测方位，并根据观测方位对图像进行变形处理，在有效降低了图像处理所需资源的同时，提升了渲染效率，从而进一步提升了三维场景渲染的时效性。
42.具体而言，分配模块根据单个观测模块的位置与原点的连线对应的方向，选取与该方向夹角最小的视觉方向对应的调整视觉信息，并传输至该观测模块。
43.具体而言，各观测模块在以预设渲染策略完成对待渲染模型的渲染时，将完成渲染的对应数据传输至分配模块，分配模块根据各模型面的渲染数据组合成对应的渲染模型，并将渲染模型的数据进行存储。
44.通过将渲染模型进行异地存储的方式，在有效降低了单个设备重复渲染导致的资源浪费的同时，有效提升了渲染效率，从而进一步提升了三维场景渲染的时效性。
45.至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。
46.以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种分布式三维场景渲染系统，其特征在于，包括：分切模块，其用以根据预设分割策略对三维场景进行分割，并形成场景分割区域；定向模块，其与所述分切模块相连，用以根据各场景分割区域与待渲染模型的位置关系确定视觉方向；若干观测模块，其与所述分切模块以及所述定向模块相连，用以对所述待渲染模型进行显示，并根据单个观测模块所处的所述场景分割区域以及所述视觉方向以预设渲染策略渲染对应的待渲染模型，形成对应的视觉渲染信息；若干定型模块，其与所述分切模块以及所述定向模块相连，并分别与对应的观测模块相连，用以根据所述视觉方向定位以及所述视觉渲染信息生成所述场景分割区域对于所述待渲染模型的降维视觉信息；反馈模块，其与各定型模块以及各观测模块相连，用以根据预设视觉调整策略对所述降维视觉信息进行调整，以形成调整视觉信息；分配模块，其与所述各观测模块以及所述定向模块相连，用以根据观测模块的位置以及所述视觉方向确定对应的调整视觉信息，并将调整视觉信息传输至对应的观测模块；其中，所述预设分割策略为以所述待渲染模型为原点对场景进行分割；所述预设渲染策略为将与所述视觉方向对应的所述待渲染模型的各模型面进行渲染；所述预设视觉调整策略为根据所述视觉方向调整所述降维视觉信息的形状。2.根据权利要求1所述的分布式三维场景渲染系统，其特征在于，所述观测模块在定向条件下，根据所述视觉方向确定投影面，并将所述待渲染模型投影在投影面上，以形成观测面数据；其中，所述投影面为垂直于所述视觉方向的面；所述定向条件为观测模块对待渲染模型进行观察。3.根据权利要求2所述的分布式三维场景渲染系统，其特征在于，所述观测模块在渲染条件下，根据所述观测面数据，对所述待渲染模型投影在所述投影面上的各模型面分别进行渲染，其中，所述观测模块中设有投影面积阈值，若单个模型面在所述投影面上的投影小于所述投影面积阈值，所述观测模块判定该模型面能够忽略，并对该模型面的材质进行模糊处理；若单个模型面在所述投影面上的投影大于或等于所述投影面积阈值，所述观测模块对该模型面进行渲染；其中，所述投影面积阈值与所述观测模块显示的分辨率成正相关；其中，所述渲染条件为所述单个观测模块对所述待渲染模型执行所述预设渲染策略。4.根据权利要求3所述的分布式三维场景渲染系统，其特征在于，所述定型模块在所述渲染条件下，将完成渲染的所述待渲染模型投影在所述观测面上，并形成所述降维视觉信息。5.根据权利要求4所述的分布式三维场景渲染系统，其特征在于，所述反馈模块在观测条件下，根据所述视觉方向将对应的所述降维视觉信息以所述预设视觉调整策略进行变形，其中，对于单个所述降维视觉信息，其变形方式为根据所述视觉方向与形成所述降维视觉信息的投影面的夹角进行透视变形；所述观测条件为所述定型模块形成所述待渲染模型的降维视觉信息。
6.根据权利要求5所述的分布式三维场景渲染系统，其特征在于，所述分切模块在执行所述预设分割策略时，以预设尺寸将三维空间分割为所述场景分割区域，并根据距离所述待渲染模型的尺寸确定渲染空间；其中，所述预设尺寸与所述观测模块显示的分辨率成正相关；渲染空间为所述单个观测模块处于渲染空间时，待渲染模型在该观测模块的对应的所述投影面上的投影大于所述投影面积阈值。7.根据权利要求5所述的分布式三维场景渲染系统，其特征在于，所述分切模块在执行所述预设分割策略时，若所述待渲染模型包含若干实体，分切模块以待渲染模型的最长边为基准，将待渲染模型置入单个立方体空间内，并以该空间的几何中心为原点执行预设分割策略。8.根据权利要求5或6所述的分布式三维场景渲染系统，其特征在于，所述定向模块在所述预设分割策略下，将各场景分割区域的几何中心为基准，指向所述原点的向量记为该场景分割区域的视觉方向。9.根据权利要求8所述的分布式三维场景渲染系统，其特征在于，所述分配模块根据所述单个观测模块的位置与所述原点的连线对应的方向，选取与该方向夹角最小的所述视觉方向对应的调整视觉信息，并传输至该观测模块。10.根据权利要求9所述的分布式三维场景渲染系统，其特征在于，所述各观测模块在以所述预设渲染策略完成对所述待渲染模型的渲染时，将完成渲染的对应数据传输至所述分配模块，分配模块根据所述各模型面的渲染数据组合成对应的渲染模型，并将渲染模型的数据进行存储。

技术总结
本发明涉及三维渲染技术领域，尤其涉及一种分布式三维场景渲染系统，包括：分切模块，其用以根据预设分割策略对三维场景进行分割；定向模块，其用以确定视觉方向；若干观测模块，其用以形成对应的视觉渲染信息；若干定型模块，其用以根据视觉方向定位生成降维视觉信息；反馈模块，其用以形成调整视觉信息；分配模块，其用以根据观测模块的位置以及视觉方向确定对应的调整视觉信息本发明设置上述模块的方式，对三维场景的模型进行分布式渲染，并在完成渲染后将渲染的最终图像快速呈现在对应视角上，在有效提升了三维场景渲染的渲染效率的同时，提升了三维场景渲染的时效性。提升了三维场景渲染的时效性。提升了三维场景渲染的时效性。


技术研发人员：邓正秋 吕绍和
受保护的技术使用者：湖南马栏山视频先进技术研究院有限公司
技术研发日：2023.08.15
技术公布日：2023/9/14