[发明专利]一种基于面向对象的三维场景视锥体剔除方法有效
申请号: | 201911025011.4 | 申请日: | 2019-10-25 |
公开(公告)号: | CN110796742B | 公开(公告)日: | 2023-03-14 |
发明(设计)人: | 陈登峰;张温;王帅举;耿建勤;肖海燕 | 申请(专利权)人: | 西安建筑科技大学 |
主分类号: | G06T19/20 | 分类号: | G06T19/20;G06T17/00 |
代理公司: | 西安通大专利代理有限责任公司 61200 | 代理人: | 孟大帅 |
地址: | 710055 陕*** | 国省代码: | 陕西;61 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 基于 面向 对象 三维 场景 锥体 剔除 方法 | ||
本发明公开了一种基于面向对象的三维场景视锥体剔除方法,包括:先解析三维场景相机,获得视锥几何信息;将场景内容由其所处世界坐标系通过刚性变换转换为相机空间坐标系,然后将转换后的内容以及相机视锥投影至相机坐标系X‑Z平面,结合其包围盒信息以及轻量化属性信息构建模型节点对象用以构建四叉树结构,其后根据视锥几何信息决定可视区域,最后通过奇偶射线法判断可视区域与模型节点对象的位置关系,如关系为包含或相交则通过相机宽高比对模型Y维做可视判断。本发明的方法,可实现三维场景及其模型加速绘制的效果,提高帧数,减少运算量,降低时间复杂度。
技术领域
本发明属于图形学及三维模型渲染技术领域,特别涉及一种基于面向对象的三维场景视锥体剔除方法。
背景技术
随着WebGL绘图协议的出现,越来越多复杂的三维场景被渲染在Web应用中,这就导致计算机图像处理的压力很大;如要保证涉及复杂场景渲染的Web应用正常运行,就必须对其进行优化以减轻计算机的压力。在实际开发过程中,常使用Three.js、Cesium.js等开源框架便捷开发工作,该类框架将3D场景抽象为网格、相机、光源等元素,人类可以看到现实世界中的场景元素是由于光源照射到物体发生反射后进入人眼,但人眼能看到的内容是有限的,人眼的作用在WebGL中用相机的概念得以抽象体现。
相机在三维场景中的可见范围呈现为视锥体,视锥体类似棱台,当三维空间中物体位于六个面内或相交时,可见,反之不可见。计算机对于三维场景的渲染每秒钟绘制的次数愈多,场景便会越连贯,故减少每帧绘制的时间是计算机图形学中加速三维场景渲染的关键。
在现阶段涉及场景渲染的Web应用开发中,使用几何剖分技术对复杂场景进行管理,几何剖分技术能将场景中的几何物体组织成层次树,进而删除最终对渲染结果没有影响的场景节点及其整个分支,从而加快绘制速度。现阶段的应用常使用八叉树对三维场景进行管理,使用四叉树对地形场景进行管理,对场景使用视锥剔除。由于考虑内存,导致层次树节点内容一般仅存储视锥判断所需几何信息。
在三维场景中,使用八叉树对场景管理的过程中很难构建满八叉树,故而内存消耗较大,可能会有较多的叶子节点为空节点;同时在对其使用视锥剔除的过程中,需要将三维物体与视锥体的六个面进行6次数学运算的比对,时间复杂度较高实际效率较低,同时内存的过大损耗可能会导致应用卡死或崩溃;另外,由于场景渲染应用于Web中,对模型属性信息可能需要一定交互,但现阶段大多设计视锥剔除的算法很少会涉及模型属性。
综上,亟需一种基于面向对象的三维场景视锥体剔除方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于面向对象的三维场景视锥体剔除方法,以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明的方法中,可减少运算次数,提高方法的效率;降低剔除方法复杂度,提高内存的利用率,减少内存的损耗。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案:
本发明的一种基于面向对象的三维场景视锥体剔除方法,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。
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