本申請公開了一種基于圖論的三維圖形渲染方法，包括：以三維圖形場景中的物體個體屬性元素為節點，以物體關系屬性元素為邊，將三維圖形場景構建為圖G(V,E)；其中，V表示節點的集合，E表示邊的集合；采用圖論中的最小生成樹或聚類算法對圖G(V,E)進行簡化與分割，形成若干個能夠分別獨立渲染的三維圖形子場景；基于三維圖形場景的拓撲結構，獲取各個三維圖形子場景的渲染優先級；基于渲染優先級依序渲染三維圖形子場景。本申請基于圖論將三維圖形場景表示為圖G(V,E)，通過對圖G(V,E)的簡化與分割，減少了單次渲染的計算量；同時，結合三維圖形場景的拓撲結構優化了渲染順序，顯著減少了不必要的計算，提升了渲染速度。
【技術實現步驟摘要】
本申請涉及計算機圖形學，更具體地，涉及一種基于圖論的三維圖形渲染方法及設備。
技術介紹
1、隨著計算機技術的迅猛發展，三維圖形渲染技術得到了廣泛應用。在有限元仿真、虛擬現實、影視特效和游戲開發等領域，渲染質量與效率的提升成為了研究的熱點。
2、然而，傳統的渲染方法在處理復雜場景時，特別是在高復雜度場景的渲染過程中，渲染效率常常成為瓶頸。傳統的渲染算法往往在處理大量幾何數據時，面臨計算成本高、渲染速度慢的問題，進而導致用戶體驗不佳。
技術實現思路
1、針對現有技術的至少一個缺陷或改進需求，本申請提供了一種基于圖論的三維圖形渲染方法及設備，用于提升三維圖形的渲染效率并降低對計算資源的消耗。
2、為實現上述目的，第一方面，本申請提供了一種基于圖論的三維圖形渲染方法，包括：
3、以三維圖形場景中的物體個體屬性元素為節點，以物體關系屬性元素為邊，將所述三維圖形場景構建為圖g(v,?e)；其中，v表示節點的集合，e表示用于連接上述節點的邊的集合；
4、采用圖論中的最小生成樹或聚類算法對所述圖g(v,?e)進行簡化與分割，形成若干個能夠分別獨立渲染的三維圖形子場景；
5、基于所述三維圖形場景的拓撲結構，獲取各個三維圖形子場景的渲染優先級；
6、基于所述渲染優先級依序渲染所述三維圖形子場景。
7、進一步地，還包括：
8、基于所述圖g(v,?e)構建可見性圖，實時更新視點與物體之間的可見性關系；
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p>9、根據所述可見性關系剔除被遮擋的物體，僅渲染可見的物體，以減少渲染計算量。10、進一步地，所述物體個體屬性元素包括三維圖形場景中的物體、物體的幾何特征、物體的紋理特征和物體的語義信息中的一種或多種；
11、所述物體關系屬性元素包括三維圖形場景中的物體間的鄰接關系、物體間的遮擋關系和物體間的相似關系中的一種或多種。
12、進一步地，采用圖論中的最小生成樹對所述圖g(v,?e)進行簡化與分割包括：
13、在邊集合e中，為每條邊定義一個權重，該權重基于物體之間的距離或相似度特征來設定；
14、基于每條邊的權重，使用普里姆算法或克魯斯卡爾算法構建最小生成樹；
15、在所構建的所述最小生成樹中，去除權重超過預設權重閾值的邊，劃分出若干個所述三維圖形子場景；每個所述三維圖形子場景中的物體通過權重不超過所述預設權重閾值的邊連接，以形成若干相對獨立的區域。
16、進一步地，采用圖論中的聚類算法對所述圖g(v,?e)進行簡化與分割包括：
17、提取所述圖g(v,?e)中每個節點相應的物體個體屬性元素；
18、根據數據的特性選擇合適的聚類算法進行節點的聚類，以使同組內的節點的相似度超過預設相似度閾值，而不同組內的節點的相似度不超過所述預設相似度閾值；每個組代表一個所述三維圖形子場景。
19、進一步地，渲染優先級的獲取方式包括：
20、獲取每個三維圖形子場景的中心點或重心到視點之間的歐幾里得距離；
21、將距視點的歐幾里得距離越小的三維圖形子場景賦予越大的視點距離渲染優先級；
22、將在視覺上對最終畫面的影響越大的三維圖形子場景賦予越大的影響力渲染優先級；影響大小的評判標準包括：
23、包含的物體越多，對畫面的影響越大；
24、和/或動態物體比靜態物體對畫面的影響更大；
25、基于視點距離渲染優先級、影響力渲染優先級以及相應的權重系數，獲取每個三維圖形子場景的綜合渲染優先級，包括公式：
26、；
27、其中，
priority
distance表示所述視點距離渲染優先級，
ω1表示相應的權重系數；
priority
influence表示所述影響力渲染優先級，
ω2表示相應的權重系數；
priority
final表示三維圖形子場景的綜合渲染優先級。
28、進一步地，所述基于所述渲染優先級依序渲染所述三維圖形子場景包括：
29、將所有三維圖形子場景的綜合渲染優先級按照大小進行排序；
30、優先渲染綜合渲染優先級較大的三維圖形子場景；
31、在視點移動或場景變化的情況下，實時更新綜合渲染優先級并重新排序，以保證渲染順序始終反映當前的視圖需求。
32、進一步地，所述基于所述圖g(v,?e)構建可見性圖，實時更新視點與物體之間的可見性關系包括：
33、以節點表示三維圖形場景或子場景中的物體或關鍵點，以邊表示物體間的可見性關系，構建所述可見性圖；
34、獲取當前視點的位置和方向，基于物體的邊界框或邊界體，使用射線投射或視錐剔除的可見性測試方法判斷物體間的可見性關系；
35、基于事件驅動更新、增量更新和分層剔除中的一種或多種更新方法進行可見性關系的動態實時更新。
36、進一步地，所述根據所述可見性關系剔除被遮擋的物體，僅渲染可見的物體，以減少渲染計算量包括：
37、遍歷所述可見性圖，檢查每個物體在所述可見性圖中的入度和出度；
38、若一個物體沒有任何可見的入邊，則該物體被完全遮擋，應予剔除；若一個物體不被任何物體遮擋，則該物體可見，允許渲染；
39、在渲染過程中，僅渲染可見的物體，以減少渲染計算量。
40、第二方面，本申請提供了一種電子設備，包括至少一個處理單元、以及至少一個存儲單元，其中，所述存儲單元存儲有計算機程序，當所述計算機程序被所述處理單元執行時，使得所述處理單元能夠執行前述任一項所述的渲染方法的步驟。
41、總體而言，通過本申請所構思的以上技術方案與現有技術相比，能夠取得下列有益效果：
42、（1）本申請基于圖論將三維圖形場景表示為圖g(v,?e)，通過對圖g(v,?e)的簡化與分割，減少了單次渲染的計算量；同時，結合三維圖形場景的拓撲結構優化了渲染順序，顯著減少了不必要的計算，提升了渲染速度。優化的渲染流程盡可能最大限度地發揮了計算機的硬件特性，減少了對計算資源的占用，降低了對硬件的要求。還有，圖結構的靈活性允許在復雜場景中動態調整渲染策略，能夠快速適應動態變化的場景，實時更新渲染結果，從而提供了更好的用戶體驗。該渲染方法也可擴展至各種復雜場景，適用于不同的應用領域。
43、（2）本申請基于圖g(v,?e)構建了可見性圖，實時更新了視點與物體之間的可見性關系，再根據實時更新獲取的可見性關系剔除了被遮擋的物體。在整個渲染的過程中，僅渲染可見的物體，從而進一步地減少了渲染計算量，提升了渲染速度。
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【技術保護點】
1.一種基于圖論的三維圖形渲染方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的渲染方法，其特征在于，還包括：
3.如權利要求1所述的渲染方法，其特征在于，所述物體個體屬性元素包括三維圖形場景中的物體、物體的幾何特征、物體的紋理特征和物體的語義信息中的一種或多種；
4.如權利要求1所述的渲染方法，其特征在于，采用圖論中的最小生成樹對所述圖G(V,E)進行簡化與分割包括：
5.如權利要求1所述的渲染方法，其特征在于，采用圖論中的聚類算法對所述圖G(V,E)進行簡化與分割包括：
6.如權利要求1所述的渲染方法，其特征在于，渲染優先級的獲取方式包括：
7.如權利要求6所述的渲染方法，其特征在于，所述基于所述渲染優先級依序渲染所述三維圖形子場景包括：
8.如權利要求2所述的渲染方法，其特征在于，所述基于所述圖G(V,?E)構建可見性圖，實時更新視點與物體之間的可見性關系包括：
9.如權利要求8所述的渲染方法，其特征在于，所述根據所述可見性關系剔除被遮擋的物體，僅渲染可見的物體，以減少渲染計算量包括：
10.一種電子設備，其特征在于，包括至少一個處理單元、以及至少一個存儲單元，其中，所述存儲單元存儲有計算機程序，當所述計算機程序被所述處理單元執行時，使得所述處理單元能夠執行權利要求1-9任一項所述的渲染方法的步驟。
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【技術特征摘要】
1.一種基于圖論的三維圖形渲染方法，其特征在于，包括：
2.如權利要求1所述的渲染方法，其特征在于，還包括：
3.如權利要求1所述的渲染方法，其特征在于，所述物體個體屬性元素包括三維圖形場景中的物體、物體的幾何特征、物體的紋理特征和物體的語義信息中的一種或多種；
4.如權利要求1所述的渲染方法，其特征在于，采用圖論中的最小生成樹對所述圖g(v,e)進行簡化與分割包括：
5.如權利要求1所述的渲染方法，其特征在于，采用圖論中的聚類算法對所述圖g(v,e)進行簡化與分割包括：
6.如權利要求1所述的渲染方法，其特征在于，渲染優先級的獲取方式包括：
【專利技術屬性】
技術研發人員：張適，董文俊，秦松，
申請(專利權)人：武創芯研科技武漢有限公司，
類型：發明
國別省市：
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