一種3D游戲實時渲染大規模場景的方法及系統技術方案

本發明專利技術公開了一種3D游戲實時渲染大規模場景的方法及系統，系統包括：地形管理模塊、場景模塊、光影特效模塊以及場景支持模塊，地形管理模塊，用以根據距離人眼視點的距離實時對地形進行渲染；場景模塊，用以渲染大規模場景中的不同場景元素；光影特效模塊，用以增強所述大規模場景中的全局光照和軟陰影；所述場景支持模塊，用以提供上述地形管理模塊、場景模塊以及光影特效模塊的中運算環境和封裝。本發明專利技術能夠使得大規模場景能夠滿足：真實感和實時性、魯棒性和易于實現的要求。從游戲分析、游戲設計著手，劃分出渲染系統的模塊；通過對每個模塊的詳細設計與分析，結合提出的解決方案，最終利用OpenGL開發實現了3D大規模場景游戲的實時渲染系統。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及3D渲染技術和大規模場景領域，特別涉及一種3D游戲實時渲染大規模場景的方法及系統。
技術介紹
近年來，實時的游戲畫面渲染有了很大的改進。最新的光影技術——動態光源和實時輻射的出現大大改觀了游戲畫面的光影效果；沖擊測繪和三維模型的LOD技術提高了游戲畫面的精細度，在Doom3的引擎中，利用高精度角色模型(100,000+多邊形)得到其驚喜的紋理貼圖和法向貼圖，在游戲渲染時把得到的紋理貼圖放到低精度的角色模型(<5000多邊形)渲染，這樣在保持實時渲染的基礎上大大改進了畫面的渲染效果。三維場景的實時渲染技術主要有兩大類：基于幾何的渲染技術和基于圖像的渲染技術。其中基于幾何的渲染技術的三維場景，由被定義了多重屬性的空間多邊形集合體構成，這些多邊形幾何體上都定義了顏色值、反射度、透明度和相關的光照參數等等。基于圖像的渲染技術，其渲染場景是用一組光線映射函數(PlenopticFunction)來描述的。在現在的3D游戲引擎和商業3D圖像軟件中，一般都采用基于幾何的渲染技術。游戲中常用的技術包括以下三個：1)光影技術。目前，計算機圖形學中的光照模型很多，根據光照模型的特點，大致可分為局部光照模型和全局光照模型兩類。在三維圖形渲染中，多邊形頂點上的點的光照顏色值是通過光照模型計算得到，多邊形內部點的光照顏色值是通過多邊形各定點上的光照顏色值插值生成，即：我們所說的著色技術，各種著色算法不同得到的渲染效果的真實感差異很大。通過多邊形頂點和多邊形內部采用不同的算法計算光照顏色值，能在大大加速多邊形幾何體場景的渲染工作。2)場景篩選。在做圖形渲染之前，整個游戲場景中的模型一般都需要做必要的篩選，提出場景中看不到的多邊形，避免不必要的額外渲染工作，這樣能很大程度的提高整個游戲場景的實時渲染數度，提高游戲引擎的渲染幀率。3)紋理貼圖技術。在幾何體的多邊形上面附加圖像信息(即：圖像紋理)能讓虛擬三維場景的視覺效果更加逼真。通常一張紋理圖像要映射到多個多邊形網絡上，多層紋理技術能提高實時渲染速度和渲染畫面的質量，但會占用更多的內存空間。紋理壓縮技術能大幅度減小紋理空間的同時有能保留原有的圖像信息，在現代3D渲染技術中，紋理壓縮技術應用的非常多。壓縮后的紋理占用更少的游戲CD空間，更重要的是，他占用更少的內存和3D顯卡的內存空間。隨著3D大規模場景游戲技術的不斷發展，對場景的大規模性、真實性等不斷提出更新更高的要求。然而，對大規模的場景進行真實、實時渲染一直以來都是圖形學界所面對的一個熱點和難點問題。目前，由于Linux操作系統平臺的大力推廣，基于Linux的各種應用軟件也不斷壯大，因此基于跨平臺圖形庫的跨平臺三維游戲開發也越來越受重視。OpenGL(opengraphicslibrary)是一種獨立的平臺無關的三維圖形開發庫，在各種語言下進行主框架開發并結合應用OpenGL函數都可以開發出三維游戲。
技術實現思路
本專利技術要解決的技術問題是，以大規模場景對真實感和實時性的要求、魯棒性和易于實現三個標準進行分析，提出了適用于游戲中實時渲染大規模場景的解決方案。解決上述技術問題，本專利技術提供了一種3D游戲實時渲染大規模場景系統,包括：地形管理模塊、場景模塊、光影特效模塊以及場景支持模塊，所述地形管理模塊，用以根據距離人眼視點的距離實時對地形進行渲染；所述場景模塊，用以渲染大規模場景中的不同場景元素；所述光影特效模塊，用以增強所述大規模場景中的全局光照和軟陰影；所述場景支持模塊，用以提供上述地形管理模塊、場景模塊以及光影特效模塊的中運算環境和封裝。更進一步，所述地形管理模塊具體基于四叉樹的靜態LOD地形算法：按照四叉樹數據結構構建四叉樹地形，遍歷所述四叉樹的節點，更新索引緩沖然后修補地形裂縫。更進一步，所述光影特效模塊中增強所述大規模場景中的全局光照的方法進一步包括：基于Blinn-Phong光照模型，實現DirectGI直接全局光照，基于CLPV算法(CascadedLightPropagationVolumes，層次化光傳播體)，實現IndirectGI間接全局光照。更進一步，所述光影特效模塊中增強所述大規模場景中的軟陰影基于下述的PCSS百分比靠近算法：4.1)遮擋物查找，對一個接收點著色時，在深度圖上確定搜索區域，查找區域內的點的深度值，并計算出比該接收點與光源的距離更小的深度值的均值；4.2)半影區域大小的確定，所述半影區域的大小由光源大小、遮擋物和接收點的距離以及遮擋物與光源的距離確定：4.3)濾波，根據所述步驟4.2)計算得到的半影區域大小作為濾波的大小，并使用PCF方法進行濾波。更進一步，所述場景模塊中的場景元素至少包括：{天空、植被、車輛、地形、賽道本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種3D游戲實時渲染大規模場景系統,其特征在于，包括：地形管理模塊、場景模塊、光影特效模塊以及場景支持模塊，所述地形管理模塊，用以根據距離人眼視點的距離實時對地形進行渲染；所述場景模塊，用以渲染大規模場景中的不同場景元素；所述光影特效模塊，用以增強所述大規模場景中的全局光照和軟陰影；所述場景支持模塊，用以提供上述地形管理模塊、場景模塊以及光影特效模塊的中運算環境和封裝。

【技術特征摘要】
1.一種3D游戲實時渲染大規模場景系統,其特征在于，包括：地形管理模塊、場景模塊、光影特效模塊以及場景支持模塊，所述地形管理模塊，用以根據距離人眼視點的距離實時對地形進行渲染；所述場景模塊，用以渲染大規模場景中的不同場景元素；所述光影特效模塊，用以增強所述大規模場景中的全局光照和軟陰影；所述場景支持模塊，用以提供上述地形管理模塊、場景模塊以及光影特效模塊的中運算環境和封裝。2.根據權利要求1所述的3D游戲實時渲染大規模場景系統,其特征在于，所述地形管理模塊具體基于四叉樹的靜態LOD地形算法：按照四叉樹數據結構構建四叉樹地形，遍歷所述四叉樹的節點，更新索引緩沖然后修補地形裂縫。3.根據權利要求1所述的3D游戲實時渲染大規模場景系統,其特征在于，所述光影特效模塊中增強所述大規模場景中的全局光照的方法進一步包括：基于Blinn-...

【專利技術屬性】
技術研發人員：吳懷宇，吳挺，沈陽，
申請(專利權)人：北京三體高創科技有限公司，吳懷宇，
類型：發明
國別省市：北京;11