[发明专利]一种基于面向对象的三维场景视锥体剔除方法

权利要求书

1.一种基于面向对象的三维场景视锥体剔除方法，其特征在于，包括：

根据三维场景构建三维空间；所述三维空间包括：光源、相机、舞台、世界坐标系下场景元素以及相机坐标系；所述相机坐标系为XYZ笛卡尔坐标系，以相机视线方向为Z轴正方向，以相机向上的方向为Y轴正方向；

解析三维空间的相机数据，获取相机视锥顶点几何数据；

将世界坐标系下场景元素变换至相机坐标系，获得相机坐标系下场景元素；

将相机坐标系下的场景元素进行X-Z投影降维，构建节点对象；所述节点对象包括：场景元素的位置信息、包围盒信息以及轻量化后模型属性信息；所述轻量化后模型属性信息包括：场景元素的ID；

根据节点对象构建X-Z平面投影四叉树结构；

遍历X-Z平面投影四叉树结构，完成三维场景视锥体剔除。

2.根据权利要求1所述的一种基于面向对象的三维场景视锥体剔除方法，其特征在于，解析三维空间的相机数据，获取相机视锥顶点几何数据的具体步骤包括：

通过相机几何特征求得相机视锥；

通过相机视锥确定相机视锥近视面与远视面宽高数据；

联立宽高数据与相机位置求得视锥顶点几何数据。

3.根据权利要求1所述的一种基于面向对象的三维场景视锥体剔除方法，其特征在于，将世界坐标系下场景元素变换至相机坐标系，获得相机坐标系下场景元素的步骤具体包括：

变换场景元素内容至相机坐标系；

联立相机在世界坐标系与相机坐标系几何信息，解出三维空间所处世界坐标系调整至相机坐标系所需的旋转矩阵与平移矩阵；

将三维空间的坐标信息通过矩阵旋转与平移矩阵实现刚体变换，获得相机坐标系下场景元素。

4.根据权利要求1所述的一种基于面向对象的三维场景视锥体剔除方法，其特征在于，

根据节点对象构建X-Z平面投影四叉树结构的步骤具体包括：

将相机坐标系下的场景元素进行X-Z平面投影，并构建包含投影后场景元素属性信息的节点对象；构建用于管理三维场景元素的四叉树结构；设置四叉树的深度属性与每个叶节点最多包含对象的个数；将节点对象插入四叉树中。

5.根据权利要求1所述的一种基于面向对象的三维场景视锥体剔除方法，其特征在于，遍历X-Z平面投影四叉树结构，完成三维场景视锥体剔除的步骤具体包括：

确定裁剪区域；

遍历X-Z平面投影四叉树结构，使用射线法进行X-Z维剔除；根据视锥宽高比进行Y维剔除。

6.根据权利要求1所述的一种基于面向对象的三维场景视锥体剔除方法，其特征在于，遍历X-Z平面投影四叉树结构，完成三维场景视锥体剔除的步骤具体包括：

(1.1)求得相机视锥在X-Z面投影的四个坐标点；

(1.2)对X-Z平面投影四叉树结构进行先序遍历，以步骤(1)求得的坐标组建等腰梯形可视区域，将投影后场景元素的包围盒左上、右下顶点可视区域使用奇偶射线法进行位置关系判断；

(1.3)如果位置关系为可见区域包含该包围盒或与包围盒相交，则进行步骤(4)的判断；否则，将节点对象与所有子节点直接置为不可见；

(1.4)取场景元素的在相机坐标系向上的坐标与视锥在当前位置向上的范围做几何位置判断，如大于范围最大值或小于范围最小值，则场景元素剔除，反之不剔除。

7.根据权利要求1所述的一种基于面向对象的三维场景视锥体剔除方法，其特征在于，根据三维场景构建三维空间的具体步骤包括：

(2.1)创建THREE.Scene场景对象、远景相机THREE.PerspectiveCamera以及环境光源THREE.AmbientLight，并将相机与光源加入场景中；

(2.2)将预加载的场景元素使用THREE.OBJMTLLoader遍历加载；

(2.3)使用THREE.WebGLRenderer对场景与相机使用renderer.render(scene,camera)方法进行渲染。