專利名稱：一種基于三維虛擬平臺(tái)的實(shí)體材質(zhì)置換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于三維虛擬平臺(tái)的實(shí)體材質(zhì)置換方法。
背景技術(shù)：
1、虛擬現(xiàn)實(shí)是利用電腦模擬產(chǎn)生一個(gè)三維空間的虛擬世界，提供使用者關(guān)于視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬，可以及時(shí)、沒有限制地觀察三維空間內(nèi)的事物。然而操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件通常不能直接去使用顯卡和其中的3D加速功能，必須通過(guò)OpenGL (OpenGL是個(gè)專業(yè)的圖形程序接口，是一個(gè)功能強(qiáng)大，調(diào)用方便的底層圖形庫(kù))和Direct3D (Direct3D是微軟公司在Microsoft Windows操作系統(tǒng)上所開發(fā)的一套3D繪圖編程接口)的一個(gè)接口去調(diào)用。2、三維空間的虛擬世界場(chǎng)景中的實(shí)體是由模型和材質(zhì)組成。實(shí)體必須連接到一個(gè)結(jié)點(diǎn)上才真正成為場(chǎng)景的一部分。在每個(gè)實(shí)體中都包含著一些子實(shí)體的實(shí)現(xiàn)，這些子實(shí)體是真正的可渲染對(duì)象，它們維護(hù)著具體的材質(zhì)特性。模型是物體結(jié)構(gòu)特性(幾何數(shù)據(jù))的集合。材質(zhì)中有一個(gè)或多個(gè)通道，通道是指可渲染對(duì)象用來(lái)標(biāo)示自己渲染狀態(tài)的基本單元。通道中包含了紋理單元、光照數(shù)據(jù)、反射參數(shù)、法線數(shù)據(jù)等。紋理單元中包含了紋理貼圖、紋理參數(shù)等。3、如今，虛擬現(xiàn)實(shí)在在家裝領(lǐng)域幾乎一塊空白。廠家，經(jīng)銷商在對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行介紹時(shí)，需要較大量的樣品間、展示廳等，消耗很大的成本。假如我們能用軟件在三維場(chǎng)景中渲染出一個(gè)樣板間，并能隨意改變物體外形和位置。那么對(duì)于廠家，能大大的減少成本，并能節(jié)省大量人力物力。對(duì)客戶來(lái)說(shuō)，也能得到良好的即時(shí)場(chǎng)景體驗(yàn)，更直觀的，更全面的加深了對(duì)產(chǎn)品的理解和感受。然而在場(chǎng)景即時(shí)體驗(yàn)中，客戶在對(duì)一個(gè)實(shí)體進(jìn)行外表圖案花紋替換時(shí)，也就是說(shuō)系統(tǒng)對(duì)一個(gè)實(shí)體的材質(zhì)進(jìn)行替換時(shí)，需要處理大量光照參數(shù)，這會(huì)占用很長(zhǎng)的渲染時(shí)間，達(dá)不到即時(shí)渲染的目的。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明的目的是提供一種基于三維虛擬平臺(tái)的實(shí)體材質(zhì)置換方法，達(dá)到即時(shí)渲染的目的，減少了程序運(yùn)算時(shí)間，提高效率。技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為一種基于三維虛擬平臺(tái)的實(shí)體材質(zhì)置換方法，包括如下步驟(I)初始化三維渲染引擎；(2)設(shè)置虛擬攝像機(jī)在場(chǎng)景中的初始位置；(3)設(shè)置視口的大小，以確定渲染窗口中的場(chǎng)景的大小；(4)用戶選定場(chǎng)景后，從場(chǎng)景組織文件中讀取場(chǎng)景數(shù)據(jù)，從素材文件中讀取實(shí)體數(shù)據(jù)；
(5)加載場(chǎng)景的光照效果；(6)初始化軟件界面，顯示紋理貼圖菜單，所述紋理貼圖菜單包含多個(gè)不同種類的可拖移的紋理貼圖的縮略圖；(7)用戶從所述紋理貼圖菜單中選擇紋理貼圖，并將選擇的紋理貼圖拖移到場(chǎng)景中，軟件通過(guò)用戶的拖移操作確定所需位置的場(chǎng)景三維坐標(biāo)，然后通過(guò)場(chǎng)景三維坐標(biāo)確定需要被替換的材質(zhì)；(8)當(dāng)材質(zhì)確定時(shí)，實(shí)體材質(zhì)中的紋理貼圖被在菜單中選擇的紋理貼圖所替換；(9)保存場(chǎng)景。進(jìn)一步的，所述場(chǎng)景數(shù)據(jù)指實(shí)體在場(chǎng)景坐標(biāo)系下的場(chǎng)景三維坐標(biāo)，所述實(shí)體數(shù)據(jù)包括紋理單元數(shù)據(jù)和構(gòu)建實(shí)體的坐標(biāo)。進(jìn)一步的，在步驟(9)之前，重復(fù)步驟(7)和步驟⑶。進(jìn)一步的，所述步驟(8)中，先將菜單中選擇的紋理貼圖進(jìn)行縮放，使得所述紋理貼圖在實(shí)體上相應(yīng)面的覆蓋的面積和所述相應(yīng)面的面積的比例與實(shí)際一致，然后替換場(chǎng)景中實(shí)體材質(zhì)的紋理貼圖。有益效果在用計(jì)算機(jī)進(jìn)行三維場(chǎng)景展示時(shí)，樣板間里的實(shí)體都是默認(rèn)的配置了紋理貼圖。假如需要改變實(shí)體的外表圖案花紋，利用本發(fā)明，可以僅通過(guò)鼠標(biāo)拖動(dòng)紋理貼圖的縮略圖至需替換的實(shí)體上，就可以完成替換。在替換過(guò)程中對(duì)紋理貼圖進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s放，光照參數(shù)保持不變，從而達(dá)到即時(shí)渲染的目的，減少了程序運(yùn)算時(shí)間，提高效率。本發(fā)明能實(shí)現(xiàn)高精度即時(shí)渲染，三維展示效果達(dá)到照片級(jí)仿真效果，同一場(chǎng)景可展示600萬(wàn)面數(shù)的實(shí)體，精確表現(xiàn)復(fù)雜的曲線、雕花、水晶燈、窗簾等復(fù)雜物體；支持自發(fā)光、環(huán)境光、漫反射、高光、透明等多種特效，精確展現(xiàn)布藝、木材、瓷磚、玻璃、金屬、油漆、皮革等材質(zhì)。


圖1為本發(fā)明的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。本發(fā)明能將現(xiàn)實(shí)中的家具物品等在虛擬場(chǎng)景中展示出來(lái)，用戶對(duì)這些實(shí)體進(jìn)行簡(jiǎn)單快捷操作，比如改變家具的材質(zhì)，這樣可以達(dá)到一種真實(shí)的場(chǎng)景體驗(yàn)效果。本發(fā)明旨在僅僅對(duì)同一物體同種材質(zhì)的紋理貼圖進(jìn)行替換，能大大減少渲染的時(shí)間，避免處理大量的光照參數(shù)等。并能通過(guò)觸摸展示屏等移動(dòng)終端進(jìn)行展示，給用戶進(jìn)行最直觀，最快捷的場(chǎng)景體驗(yàn)。本發(fā)明是基于OpenGL和Direct3D通過(guò)三維渲染引擎，負(fù)責(zé)將材質(zhì)的紋理貼圖實(shí)時(shí)渲染。本發(fā)明在材質(zhì)的通道中定義了三個(gè)基本的紋理單元，第一個(gè)紋理單元為材質(zhì)的花型貼圖，如木紋、布料、瓷磚的無(wú)縫貼圖；第二個(gè)紋理單元為實(shí)體在場(chǎng)景中的烘焙貼圖，通過(guò)預(yù)先烘焙，形成實(shí)體的基本光影效果；第三個(gè)紋理單元為實(shí)體的環(huán)境貼圖，根據(jù)實(shí)體的材質(zhì)屬性，給予環(huán)境貼圖，以增強(qiáng)材質(zhì)的表面反射。第一個(gè)紋理單元的紋理貼圖被作為材質(zhì)的基本紋理貼圖。如圖1所示,本發(fā)明具體包括如下步驟(I)基于OpenGL和Direct3D初始化三維渲染引擎；(2)選擇場(chǎng)景并進(jìn)入，設(shè)置虛擬攝像機(jī)在場(chǎng)景中的位置；(3)設(shè)置視口(攝像機(jī)所呈現(xiàn)的區(qū)域就是視口)的大小，以確定渲染窗口中的場(chǎng)景的大小；(4)用戶選定場(chǎng)景后，從場(chǎng)景組織文件中讀取場(chǎng)景數(shù)據(jù)，從素材文件中讀取實(shí)體數(shù)據(jù)；場(chǎng)景數(shù)據(jù)指實(shí)體在場(chǎng)景坐標(biāo)系下的場(chǎng)景三維坐標(biāo)，實(shí)體數(shù)據(jù)讀取以.mesh結(jié)尾的實(shí)體數(shù)據(jù)文件，里面保存著組成實(shí)體的重要數(shù)據(jù)，如紋理單元數(shù)據(jù)和構(gòu)建實(shí)體的坐標(biāo)等。(5)加載場(chǎng)景預(yù)先設(shè)定的光照效果；比如材質(zhì)的自發(fā)光、環(huán)境光、高光、漫反射等即時(shí)渲染參數(shù)，從而對(duì)場(chǎng)景中光線、陰影等進(jìn)行視覺優(yōu)化。(6)初始化軟件界面，顯示紋理貼圖菜單，所述紋理貼圖菜單包含多個(gè)不同種類的可拖移的紋理貼圖的縮略圖，用戶只需將縮略圖拖至到場(chǎng)景中的實(shí)體上，就可以替換實(shí)體的紋理貼圖；(7)用戶從所述紋理貼圖菜單中選擇紋理貼圖，并將選擇的紋理貼圖拖移到場(chǎng)景中的某個(gè)位置后松開鼠標(biāo)，軟件通過(guò)用戶的拖移操作確定所需位置的場(chǎng)景三維坐標(biāo)，然后通過(guò)場(chǎng)景三維坐標(biāo)到某個(gè)具體的實(shí)體上的某塊材質(zhì)，從而確定需要被替換的材質(zhì)；(8)當(dāng)材質(zhì)確定時(shí)，將需要替換的紋理貼圖與被替換的基本紋理貼圖按比例進(jìn)行縮放，使得紋理貼圖在實(shí)體上覆蓋的面積與實(shí)際相符。比例計(jì)算方法如下本發(fā)明通過(guò).xml文件定義了用戶需要替換的紋理貼圖代表的實(shí)際長(zhǎng)寬尺寸，即寬度值ua與長(zhǎng)度值va，本發(fā)明在場(chǎng)景制作中第一個(gè)紋理單元全部使用寬度值ub為1800毫米，長(zhǎng)度值vb為1800毫米的標(biāo)準(zhǔn)貼圖(或稱“基本紋理貼圖”)，并根據(jù)實(shí)體相應(yīng)面的實(shí)際尺寸(即寬度值u0與長(zhǎng)度值vO)與其在UV圖中所占比例計(jì)算出使用標(biāo)準(zhǔn)貼圖的UV值，即UC值與vc值uc=ub/uO, vc = vb/vO，在用戶替換紋理貼圖時(shí)，只替換第一個(gè)紋理單元的紋理貼圖，得到新的 u 值和 V 值u= (ua/ub) *uc = ua/uO, v=(va/vb)*vc = va/vO,可以看出，u 和 v 都是沒有單位的量，即得出了用戶替換的紋理貼圖在寬度和長(zhǎng)度方向上能覆蓋的實(shí)體相應(yīng)面的個(gè)數(shù)。根據(jù)這個(gè)U值和V值進(jìn)行比例縮放，也即得到實(shí)體相應(yīng)面需要的用戶替換的紋理貼圖的個(gè)數(shù)，實(shí)現(xiàn)了替換后新的紋理貼圖在實(shí)體上相應(yīng)面的覆蓋的面積和所述相應(yīng)面的面積的比例與實(shí)際一致。在替換過(guò)程中，第二個(gè)、第三個(gè)紋理單元與材質(zhì)通道屬性保留了原有的設(shè)置，保留了原有光影關(guān)系，節(jié)省了渲染消耗的大量時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速貼換、即時(shí)渲染。(9)用戶替換紋理貼圖后，瞬間就可以看到替換后的場(chǎng)景效果?？梢灾貜?fù)步驟七到步驟八。(10)保存場(chǎng)景。
權(quán)利要求
1.一種基于三維虛擬平臺(tái)的實(shí)體材質(zhì)置換方法，包括如下步驟(1)初始化三維渲染引擎；(2)設(shè)置虛擬攝像機(jī)在場(chǎng)景中的初始位置；(3)設(shè)置視口的大小，以確定渲染窗口中的場(chǎng)景的大小；(4)用戶選定場(chǎng)景后，從場(chǎng)景組織文件中讀取場(chǎng)景數(shù)據(jù)，從素材文件中讀取實(shí)體數(shù)據(jù)；(5)加載場(chǎng)景的光照效果；(6)初始化軟件界面，顯示紋理貼圖菜單，所述紋理貼圖菜單包含多個(gè)不同種類的可拖移的紋理貼圖的縮略圖；(7)用戶從所述紋理貼圖菜單中選擇紋理貼圖，并將選擇的紋理貼圖拖移到場(chǎng)景中，軟件通過(guò)用戶的拖移操作確定所需位置的場(chǎng)景三維坐標(biāo)，然后通過(guò)場(chǎng)景三維坐標(biāo)確定需要被替換的材質(zhì)；(8)當(dāng)材質(zhì)確定時(shí)，實(shí)體材質(zhì)中的紋理貼圖被在菜單中選擇的紋理貼圖所替換；O)保存場(chǎng)景。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于三維虛擬平臺(tái)的實(shí)體材質(zhì)置換方法，其特征在于所述場(chǎng)景數(shù)據(jù)指實(shí)體在場(chǎng)景坐標(biāo)系下的場(chǎng)景三維坐標(biāo)，所述實(shí)體數(shù)據(jù)包括紋理單元數(shù)據(jù)和構(gòu)建實(shí)體的坐標(biāo)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于三維虛擬平臺(tái)的實(shí)體材質(zhì)置換方法，其特征在于在步驟(9)之前，重復(fù)步驟(7)和步驟⑶。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種基于三維虛擬平臺(tái)的實(shí)體材質(zhì)置換方法，其特征在于所述步驟(8)中，先將菜單中選擇的紋理貼圖進(jìn)行縮放，使得所述紋理貼圖在實(shí)體上相應(yīng)面的覆蓋的面積和所述相應(yīng)面的面積的比例與實(shí)際一致，然后替換場(chǎng)景中實(shí)體材質(zhì)的紋理貼圖。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于三維虛擬平臺(tái)的實(shí)體材質(zhì)置換方法，包括如下步驟初始化三維渲染引擎；設(shè)置虛擬攝像機(jī)在場(chǎng)景中的初始位置；設(shè)置視口的大?。挥脩暨x定場(chǎng)景后，從場(chǎng)景組織文件中讀取場(chǎng)景數(shù)據(jù)，從素材文件中讀取實(shí)體數(shù)據(jù)；加載場(chǎng)景的光照效果；初始化軟件界面，顯示紋理貼圖菜單，所述紋理貼圖菜單包含多個(gè)不同種類的可拖移的紋理貼圖的縮略圖；用戶從所述紋理貼圖菜單中選擇紋理貼圖，并將選擇的紋理貼圖拖移到場(chǎng)景中，軟件通過(guò)用戶的拖移操作確定所需位置的場(chǎng)景三維坐標(biāo)，然后通過(guò)場(chǎng)景三維坐標(biāo)確定需要被替換的材質(zhì)；當(dāng)材質(zhì)確定時(shí)，實(shí)體材質(zhì)中的紋理貼圖被在菜單中選擇的紋理貼圖進(jìn)行適當(dāng)?shù)目s放后所替換；保存場(chǎng)景。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)即時(shí)渲染。
文檔編號(hào)G06T15/00GK103035024SQ201210532059
公開日2013年4月10日 申請(qǐng)日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者陳利民, 劉赟, 石巍巍 申請(qǐng)人:南京我樂我居數(shù)碼科技有限公司