本發(fā)明涉及一種計(jì)算機(jī)圖形圖像領(lǐng)域的實(shí)時(shí)渲染技術(shù)，具體是一種真實(shí)3d實(shí)時(shí)混合渲染方法，主要用于。

背景技術(shù)：

隨著電商及數(shù)字經(jīng)濟(jì)的普及發(fā)展，零售行業(yè)也開始了3d數(shù)字化的征程。受制于目前3d渲染技術(shù)的發(fā)展。目前的3d數(shù)字化渲染，主要存在以下問題：

<1>環(huán)繞拍攝照片：

大部分商家以攝影箱環(huán)繞拍攝實(shí)物照片的方式，獲取產(chǎn)品360度照片，來模擬3d，然后通過美術(shù)團(tuán)隊(duì)，通過photoshop修圖的方式來更正細(xì)節(jié)，完善效果。這種方式的缺點(diǎn)是：制作成本高，效果差。

<2>3d離線渲染技術(shù)：

基于3d產(chǎn)品模型，通過離線渲染的方式，獲得產(chǎn)品照片或3d效果，成為新的發(fā)展趨勢。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是，制作效果好。其缺點(diǎn)是：制作時(shí)間長，成本高，單幀，無法交互。

<3>3d實(shí)時(shí)渲染技術(shù)：

基于3d產(chǎn)品模型，通過實(shí)時(shí)3d引擎，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)3d產(chǎn)品渲染效果。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是，制作成本低，并且能讓客戶實(shí)時(shí)查看產(chǎn)品的各個(gè)角度的細(xì)節(jié)，并且完成diy定制設(shè)計(jì)的能力。必將成為主流的制作方式。這種方式的缺點(diǎn)是：渲染效果差，無法真實(shí)體現(xiàn)產(chǎn)品的光學(xué)特性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了大幅提升實(shí)時(shí)渲染的渲染質(zhì)量，減少虛擬產(chǎn)品與真實(shí)產(chǎn)品之間的視覺差距，降低數(shù)據(jù)化成本，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)交互效率，本發(fā)明提供一種真實(shí)3d實(shí)時(shí)混合渲染方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種真實(shí)3d實(shí)時(shí)混合渲染方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)把場景中，需要提升為真實(shí)物理渲染效果的部分，用光線追蹤的技術(shù)來渲染；

(2)把光線追蹤渲染的輸出圖像，實(shí)時(shí)傳輸給光柵化渲染引擎，進(jìn)行混合顯示；

(3)統(tǒng)一光柵化渲染與光線追蹤渲染的世界坐標(biāo)系；

(4)校正渲染順序。

針對(duì)半透明的物體，所述的步驟（1）的具體實(shí)現(xiàn)方法：執(zhí)行如下過程：

（a）跟蹤從屏幕每個(gè)像素點(diǎn)發(fā)射出的光線；

（b）把入射到物體的光線和物體表面的包括反射率、折射率、色散率和透明度的物理材質(zhì)屬性作為輸入?yún)?shù)，通過菲涅爾反射、折射和色散作用后，得到反射光線、折射光線和色散光線作為下一次計(jì)算的輸入；

(c)重復(fù)（b），直到滿足迭代結(jié)束條件，最終輸出的顏色值即為物體表面最終的顏色值；步驟（a）-(c)的整個(gè)計(jì)算的過程，都以cuda代碼的方式運(yùn)行在gup核心中，進(jìn)行渲染加速，以保證計(jì)算的實(shí)時(shí)性；最終的計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在顯卡內(nèi)存中。

針對(duì)金屬類物體，所述的步驟（1）的具體實(shí)現(xiàn)方法：執(zhí)行如下過程：

（a）跟蹤從屏幕每個(gè)像素點(diǎn)發(fā)射出的光線；

（b）把入射到物體的光線和物體表面的反射率作為輸入?yún)?shù)，通過菲涅爾反射作用后，得到反射光線作為下一次計(jì)算的輸入；

(c)重復(fù)（b），直到滿足迭代結(jié)束條件，最終輸出的顏色值即為物體表面最終的顏色值；步驟（a）-(c)的整個(gè)計(jì)算都以cuda代碼的方式運(yùn)行在gup核心中，進(jìn)行渲染加速，以保證計(jì)算的實(shí)時(shí)性；最終的計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)在顯卡內(nèi)存中。

所述的步驟（2）具體實(shí)現(xiàn)方法：把步驟（1）中光線追蹤渲染的結(jié)果從顯卡內(nèi)存拷貝傳輸?shù)絻?nèi)存中，并以字節(jié)數(shù)組的接口方式提供給后續(xù)的光柵化渲染引擎；用光柵化渲染部分從上述接口讀取所述的光線追蹤渲染的結(jié)果，并以紋理的方式被寫入顯卡后備緩沖，最終以光柵化的形式顯示在屏幕上。

所述的步驟（3）具體實(shí)現(xiàn)方法：在步驟（1）執(zhí)行中，把光柵化渲染過程中的相機(jī)及對(duì)應(yīng)物體進(jìn)行矩陣變換，包括位置、旋轉(zhuǎn)和縮放信息，實(shí)時(shí)傳回至光線追蹤渲染系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)，保證世界坐標(biāo)的一致，從而實(shí)現(xiàn)了完美的混合匹配效果。

所述的步驟（4）具體實(shí)現(xiàn)方法：在所述步驟（1）中，增加遮罩材質(zhì)，只寫深度值，不寫顏色值，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了不同渲染系統(tǒng)里的物體之間的正確遮擋效果，讓混合渲染效果更加真實(shí)。

還包括步驟(5)：根據(jù)需求及機(jī)器性能，提供以下不同的渲染性能級(jí)別：在較差的配置上，采用高性能，低質(zhì)量的渲染方案；在較高的配置上，采用高質(zhì)量，低性能的方案；通過控制渲染窗口的大小，即總體渲染和傳輸?shù)南袼財(cái)?shù)量來控制帶寬使用。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是：

(1)超真實(shí)的渲染效果，讓虛擬產(chǎn)品的視覺展示效果可以無限接近真實(shí)產(chǎn)品。

(2)對(duì)機(jī)器配置要求較低，運(yùn)行成本低。

(3)可以無死角，實(shí)時(shí)交互，互動(dòng)。

(4)支持實(shí)時(shí)修改材質(zhì)，方便定制及輔助設(shè)計(jì)。

(5)支持后續(xù)的ar及vr交互應(yīng)用。

本發(fā)明將會(huì)極大的提升產(chǎn)品3d數(shù)據(jù)化的效率，降低成本，大大的提升了渲染質(zhì)量，為后續(xù)的3d虛擬產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)的建立，交互應(yīng)用（如虛擬試戴，輔助設(shè)計(jì)，ar和vr應(yīng)用）奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，為零售行業(yè)提供未來3d虛擬經(jīng)濟(jì)的雛形。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例的基本流程圖。

具體實(shí)施方式

參見圖1，本發(fā)明一種真實(shí)3d實(shí)時(shí)混合渲染方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)把場景中，需要提升為真實(shí)物理渲染效果的部分，用光線追蹤的技術(shù)來渲染。

具體實(shí)現(xiàn)為：針對(duì)半透明的物體，比如寶石類物體，會(huì)執(zhí)行如下過程，跟蹤從屏幕每個(gè)像素點(diǎn)發(fā)射出的光線，一旦光線射入到物體表面，根據(jù)寶石類物體的物理屬性，透明度/折射率/色散率等，執(zhí)行菲涅爾反射，折射，色散等光學(xué)計(jì)算，計(jì)算得出的反射光線或折射光線或色散光線，會(huì)作為下一次的入射光線進(jìn)行迭代跟蹤，直到滿足迭代結(jié)束條件，即可計(jì)算出該物體表面點(diǎn)真實(shí)的物理顏色值。對(duì)金屬類物體，僅會(huì)執(zhí)行菲涅爾反射計(jì)算。計(jì)算的過程會(huì)采用cuda代碼通過gpu核心進(jìn)行加速（這是一種常規(guī)的硬件加速渲染方法），可以保證計(jì)算實(shí)時(shí)性。計(jì)算的結(jié)果會(huì)存儲(chǔ)在顯卡內(nèi)存中。

(2)把光線追蹤渲染的輸出圖像，實(shí)時(shí)傳輸給光柵化渲染引擎，進(jìn)行混合顯示。

具體實(shí)現(xiàn)為：設(shè)計(jì)光線追蹤功能和光柵化渲染功能之間的中間件，這個(gè)中間件以動(dòng)態(tài)鏈接庫的形式出現(xiàn)，核心是把上述光線追蹤渲染的結(jié)果，從顯卡內(nèi)存，拷貝傳輸?shù)絻?nèi)存中，并以字節(jié)數(shù)組的接口方式提供給后續(xù)的光柵化渲染引擎。光柵化渲染部分，調(diào)用上述接口，讀取相應(yīng)內(nèi)容，并以紋理的方式被寫入顯卡后備緩沖，最終以光柵化的形式顯示在屏幕上。

(3)實(shí)現(xiàn)世界坐標(biāo)系的統(tǒng)一。

具體實(shí)現(xiàn)為：上述中間件還需要把光柵化渲染過程中的相機(jī)及對(duì)應(yīng)物體的變換矩陣，包括位置/旋轉(zhuǎn)/縮放信息，實(shí)時(shí)傳回至光線追蹤渲染系統(tǒng)的坐標(biāo)系統(tǒng)，保證世界坐標(biāo)的一致，從而實(shí)現(xiàn)了完美的混合匹配效果。

(4)實(shí)現(xiàn)正確的渲染順序。

具體實(shí)現(xiàn)為：在光線追蹤功能中，增加遮罩材質(zhì)，即，只寫深度值，不寫顏色值，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了不同渲染系統(tǒng)里的物體之間的正確遮擋效果，讓混合渲染效果更加真實(shí)。

(5)控制傳輸帶寬。

具體實(shí)現(xiàn)為：可根據(jù)需求及機(jī)器性能，提供了不同的渲染性能級(jí)別。在較差的配置上，可以采用高性能，低質(zhì)量的渲染方案。在較高的配置上，可以采用高質(zhì)量，低性能的方案。其具體思路是通過控制渲染窗口的大小，即總體渲染和傳輸?shù)南袼財(cái)?shù)量來控制帶寬使用。

該方案與之前的方案對(duì)比：

在交互性上，完全實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)，無死角的交互。相對(duì)于之前的離線渲染，有極大的實(shí)時(shí)交互優(yōu)勢。

在渲染質(zhì)量上，完全達(dá)到了頂級(jí)的基于物理真實(shí)的渲染質(zhì)量。把目前實(shí)時(shí)渲染的效果，提升了一個(gè)級(jí)別。

本發(fā)明基于3d產(chǎn)品模型，通過實(shí)時(shí)3d渲染，達(dá)到離線渲染技術(shù)水平的真實(shí)實(shí)時(shí)渲染效果。

設(shè)計(jì)思路：

實(shí)現(xiàn)光柵化渲染算法與光線追蹤渲染算法結(jié)合的混合渲染技術(shù)。從而在最終的效果中，兼顧了實(shí)時(shí)的交互與頂級(jí)的渲染質(zhì)量。

光柵化渲染的特點(diǎn)是實(shí)時(shí)可交互，但是渲染效果不夠逼真，沒有真實(shí)的光學(xué)特性。而光線追蹤渲染的特點(diǎn)是渲染效果逼真，能顯示真實(shí)的光學(xué)特性。但是，光線追蹤渲染，目前的算法對(duì)機(jī)器性能要求較高，渲染時(shí)間較長，主要應(yīng)用在離線渲染階段。考慮到，場景中，大部分物體，光柵化渲染與光線追蹤渲染的結(jié)果差別并不明顯。但是，針對(duì)某些特殊材質(zhì)，比如其中的半透明物體以及金屬材質(zhì)等，光線追蹤的渲染效果就很有優(yōu)勢，例如，在寶石等光學(xué)特性展示方面。而恰巧是這些特殊材質(zhì)的物體的渲染效果，影響了整體渲染效果的真實(shí)性。所以，可以考慮只對(duì)場景中的特殊材質(zhì)的物體進(jìn)行光線追蹤的渲染，這樣就大大減少了光線追蹤算法需要渲染的工作量，然后，再把光線追蹤算法通過gpu，cuda核心進(jìn)行加速運(yùn)算，就基本實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)光線追蹤的效果。