一種跨嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎的構(gòu)建方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種跨嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎的構(gòu)建方法，構(gòu)建三維渲染引擎的第一層；各模塊由一個(gè)以上子模塊組成；對(duì)各子模塊按照是否與底層硬件平臺(tái)有關(guān)進(jìn)行分類：對(duì)于與底層硬件平臺(tái)無關(guān)的各子模塊進(jìn)行封裝；對(duì)于與底層硬件平臺(tái)有關(guān)的各子模塊，定義該子模塊的抽象基類；創(chuàng)建3D?API屏蔽層作為三維渲染引擎的第二層，針對(duì)不同的底層硬件平臺(tái)，將與底層硬件平臺(tái)有關(guān)的子模塊分別調(diào)用各底層硬件平臺(tái)的3D?API，分別將各子模塊封裝在3D?API屏蔽層；創(chuàng)建每個(gè)底層硬件平臺(tái)的插件子模塊，各插件子模塊調(diào)用對(duì)應(yīng)的封裝在3D?API屏蔽層的子模塊。利用本發(fā)明可以構(gòu)造接入多種3D?API、實(shí)現(xiàn)跨多種嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎。
【專利說明】一種跨嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎的構(gòu)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及嵌入式平臺(tái)三維可視化，尤其是一種跨嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎的構(gòu)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今,存在著多種操作系統(tǒng),如Unix平臺(tái)、Windows平臺(tái)和用于嵌入式設(shè)備的各種實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等，每一種操作系統(tǒng)可能又由不同的生產(chǎn)商來提供。讓開發(fā)出來的應(yīng)用來支持多種平臺(tái)或不同生產(chǎn)商提供的同一平臺(tái)的不同版本一直是軟件業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。
[0003]目前得到廣泛應(yīng)用的嵌入式操作系統(tǒng)也有WinCE、Adroid, Vxworks, Linux和Nucleus等十幾種。在嵌入式平臺(tái)上開發(fā)應(yīng)用軟件一般是強(qiáng)依賴于操作系統(tǒng)平臺(tái)，在一種操作系統(tǒng)平臺(tái)上開發(fā)的應(yīng)用軟件很難直接移植應(yīng)用于另一款操作系統(tǒng)，而是需要重新設(shè)計(jì)和編碼調(diào)試，這種狀況導(dǎo)致軟件模塊復(fù)用率低、管理維護(hù)難度大、軟件開發(fā)周期長(zhǎng)、并且擴(kuò)展性差。隨著嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展、三維圖形硬件加速器的廣泛使用，基于嵌入式設(shè)備的三維圖形應(yīng)用系統(tǒng)發(fā)展迅速。由于三維程序的特殊性和復(fù)雜性，在一種嵌入式平臺(tái)上開發(fā)的三維應(yīng)用系統(tǒng)就更難移植到另一嵌入式平臺(tái)上。
[0004]三維應(yīng)用程序的設(shè)計(jì)與開發(fā)需要了解顯卡特性。3D API是指顯卡與應(yīng)用程序之間的接口，能讓編程人員不必再去了解顯卡硬件的具體性能和參數(shù)，只要調(diào)用3D API內(nèi)的程序，讓API自動(dòng)和硬件的驅(qū)動(dòng)程序溝通，啟動(dòng)3D芯片內(nèi)強(qiáng)大的3D圖形處理功能，從而大幅度地提高了 3D程序的設(shè)計(jì)效率。但是現(xiàn)在，在多種嵌入式平臺(tái)上，存在著多種3D API,有DirectX、OpenGL, OpenGL ES、Glide、Heidi等，且3D API之間的差異性太大，即使同種3D API在不同平臺(tái)上也存在區(qū)別，這給三維應(yīng)用系統(tǒng)在嵌入式平臺(tái)上的移植帶來了直接的問題和巨大的挑戰(zhàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主要目的在于提供一種跨嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎的實(shí)現(xiàn)方法，使基于嵌入式平臺(tái)開發(fā)的三維應(yīng)用系統(tǒng)可以基于統(tǒng)一的代碼進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)與嵌入式操作系統(tǒng)無關(guān)、獨(dú)立于硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)嵌入式三維應(yīng)用系統(tǒng)可以輕松快速地移植在各種嵌入式平臺(tái)上。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供了一種跨嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎的實(shí)現(xiàn)方法，具體包括以下步驟:
[0007](I)構(gòu)建至少包括插件管理模塊的且由一個(gè)以上模塊組成的三維渲染引擎的第一層；各模塊由一個(gè)以上子模塊組成；
[0008](2)對(duì)各子模塊按照是否與底層硬件平臺(tái)有關(guān)進(jìn)行分類:對(duì)于與底層硬件平臺(tái)無關(guān)的各子模塊進(jìn)行封裝以對(duì)上層三維應(yīng)用系統(tǒng)提供接口 ；對(duì)于與底層硬件平臺(tái)有關(guān)的各子模塊，定義該子模塊的抽象基類，以對(duì)上層三維應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的接口 ；
[0009](3)創(chuàng)建3D API屏蔽層作為三維渲染引擎的第二層，針對(duì)2個(gè)以上不同的底層硬件平臺(tái)，將步驟(2)中與底層硬件平臺(tái)有關(guān)的子模塊分別調(diào)用各底層硬件平臺(tái)的3D API,分別將各子模塊封裝在3D API屏蔽層；
[0010](4)創(chuàng)建每個(gè)底層硬件平臺(tái)的插件子模塊構(gòu)成插件管理模塊，各插件子模塊調(diào)用對(duì)應(yīng)的步驟(3)中封裝在3D API屏蔽層的子模塊。
[0011]所述三維渲染引擎的第一層由數(shù)學(xué)計(jì)算模塊、場(chǎng)景管理模塊、插件管理模塊、資源管理模塊和渲染管理模塊組成。
[0012]所述三維渲染引擎的第一層的各模塊具體細(xì)分為以下子模塊:所述數(shù)學(xué)計(jì)算模塊細(xì)分為矩陣子模塊、向量子模塊和角度子模塊；所述場(chǎng)景管理模塊細(xì)分為場(chǎng)景管理器子模塊、實(shí)體子模塊、相機(jī)子模塊、燈光子模塊、場(chǎng)景節(jié)點(diǎn)子模塊、場(chǎng)景環(huán)境子模塊組成；所述資源管理模塊細(xì)分為資源管理器子模塊、模型子模塊、材質(zhì)子模塊、GPU程序子模塊和紋理對(duì)象子模塊；所述渲染管理模塊細(xì)分為渲染對(duì)象子模塊、渲染窗口子模塊、渲染系統(tǒng)子模塊和硬件緩沖區(qū)子模塊。
[0013]資源管理模塊中的GPU程序子模塊、紋理子模塊以及渲染管理模塊中的渲染窗口子模塊、渲染系統(tǒng)子模塊、硬件緩沖區(qū)子模塊與底層硬件平臺(tái)有關(guān)，其它子模塊與底層硬件平臺(tái)無關(guān)。
[0014]本發(fā)明基于其技術(shù)方案所具有的有益效果在于:
[0015](I)本發(fā)明利用3D API屏蔽層，可以接入多種3D API，實(shí)現(xiàn)跨多種嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎；
[0016](2)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的跨嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎可以向上層的三維應(yīng)用系統(tǒng)提供一套統(tǒng)一的開發(fā)代碼；
[0017](3)在本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的跨嵌入式平臺(tái)三維渲染引擎之上開發(fā)的三維應(yīng)用程序可以不經(jīng)修改直接運(yùn)行在多種嵌入式平臺(tái)上。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是跨嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎的層次體系框架示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]本發(fā)明提供了一種跨嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎的實(shí)現(xiàn)方法，結(jié)合圖1，具體包括以下步驟:
[0020](I)構(gòu)建三維渲染引擎的第一層,該層由模塊1、模塊2、模塊3、模塊4和插件管理模塊組成；其中模塊I表示數(shù)學(xué)計(jì)算模塊，其中模塊2表示場(chǎng)景管理模塊、其中模塊3表示資源管理模塊，其中模塊4表示渲染管理模塊；所述數(shù)學(xué)計(jì)算模塊細(xì)分為矩陣子模塊、向量子模塊和角度子模塊；所述場(chǎng)景管理模塊細(xì)分為場(chǎng)景管理器子模塊、實(shí)體子模塊、相機(jī)子模塊、燈光子模塊、場(chǎng)景節(jié)點(diǎn)子模塊、場(chǎng)景環(huán)境子模塊組成；所述資源管理模塊細(xì)分為資源管理器子模塊、模型子模塊、材質(zhì)子模塊、GPU程序子模塊和紋理對(duì)象子模塊；所述渲染管理模塊細(xì)分為渲染對(duì)象子模塊、渲染窗口子模塊、渲染系統(tǒng)子模塊和硬件緩沖區(qū)子模塊；
[0021](2)對(duì)各子模塊按照是否與底層硬件平臺(tái)有關(guān)進(jìn)行分類:資源管理模塊中的GPU程序子模塊、紋理子模塊以及渲染管理模塊中的渲染窗口子模塊、渲染系統(tǒng)子模塊、硬件緩沖區(qū)子模塊與底層硬件平臺(tái)有關(guān)，其它子模塊與底層硬件平臺(tái)無關(guān)；對(duì)于與底層硬件平臺(tái)無關(guān)的各子模塊進(jìn)行封裝以對(duì)上層三維應(yīng)用系統(tǒng)提供接口 ；對(duì)于與底層硬件平臺(tái)有關(guān)的各子模塊，定義該子模塊的抽象基類，以對(duì)上層三維應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的接口 ；
[0022](3)創(chuàng)建3D API屏蔽層作為三維渲染引擎的第二層，針對(duì)2個(gè)以上不同的底層硬件平臺(tái)，將步驟(2)中與底層硬件平臺(tái)有關(guān)的子模塊分別調(diào)用各底層硬件平臺(tái)的3DAPI，分別將各子模塊封裝在3D API屏蔽層；
[0023](4)創(chuàng)建每個(gè)底層硬件平臺(tái)的插件子模塊構(gòu)成插件管理模塊，各插件子模塊調(diào)用對(duì)應(yīng)的步驟(3)中封裝在3D API屏蔽層的子模塊。
[0024]結(jié)合圖1說明其原理:嵌入式三維應(yīng)用系統(tǒng)基于三維渲染引擎開發(fā)，三維渲染引擎基于某種3D API實(shí)現(xiàn)，3D API是在嵌入式平臺(tái)之上的接口層。不同的嵌入式操作系統(tǒng)有不同的3D API，例如ios平臺(tái)上的3D API是OpenGL ES，Android平臺(tái)上的是Direct3D?？缙脚_(tái)的三維渲染引擎通過3D API屏蔽層實(shí)現(xiàn)基于各種3D API的有關(guān)功能模塊。例如，基于0penGL，3D API屏蔽層實(shí)現(xiàn)一套有關(guān)模塊的功能插件Ml，基于OpenGL ES，3D API屏蔽層實(shí)現(xiàn)一套有關(guān)模塊的功能插件M2，基于Direct3D，3D API屏蔽層實(shí)現(xiàn)一套有關(guān)模塊的功能插件M3，跨平臺(tái)的三維渲染引擎通過插件管理模塊可以統(tǒng)一管理M1、M2、M3這些插件組，因此，本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)了跨嵌入式平臺(tái)。
[0025]進(jìn)而，假設(shè)開發(fā)某嵌入式三維應(yīng)用系統(tǒng)A，需實(shí)現(xiàn)在嵌入式平臺(tái)ios上運(yùn)行，ios平臺(tái)上的3D API是OpenGL ES，則三維渲染引擎需基于OpenGL ES，實(shí)現(xiàn)有關(guān)模塊功能插件M2 ;如再將三維應(yīng)用系統(tǒng)A移植在嵌入式平臺(tái)Android上運(yùn)行，則開發(fā)三維應(yīng)用系統(tǒng)A使用的三維渲染引擎實(shí)現(xiàn)有關(guān)模塊功能插件M3，M2、M3是可以快速實(shí)現(xiàn)的，所以，基于跨平臺(tái)的三維渲染引擎開發(fā)的三維應(yīng)用系統(tǒng)，三維應(yīng)用系統(tǒng)可以快速移植到各種嵌入式平臺(tái)上。
【權(quán)利要求】
1.一種跨嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎的構(gòu)建方法，其特征在于具體包括以下步驟: (1)構(gòu)建至少包括插件管理模塊的且由一個(gè)以上模塊組成的三維渲染引擎的第一層；各模塊由一個(gè)以上子模塊組成； (2)對(duì)各子模塊按照是否與底層硬件平臺(tái)有關(guān)進(jìn)行分類:對(duì)于與底層硬件平臺(tái)無關(guān)的各子模塊進(jìn)行封裝以對(duì)上層三維應(yīng)用系統(tǒng)提供接口 ；對(duì)于與底層硬件平臺(tái)有關(guān)的各子模塊，定義該子模塊的抽象基類，以對(duì)上層三維應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的接口 ； (3)創(chuàng)建3DAPI屏蔽層作為三維渲染引擎的第二層，針對(duì)2個(gè)以上不同的底層硬件平臺(tái)，將步驟(2)中與底層硬件平臺(tái)有關(guān)的子模塊分別調(diào)用各底層硬件平臺(tái)的3D API，分別將各子模塊封裝在3D API屏蔽層； (4)創(chuàng)建每個(gè)底層硬件平臺(tái)的插件子模塊構(gòu)成插件管理模塊，各插件子模塊調(diào)用對(duì)應(yīng)的步驟(3)中封裝在3D API屏蔽層的子模塊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述跨嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎的構(gòu)建方法，其特征在于:所述三維渲染引擎的第一層由數(shù)學(xué)計(jì)算模塊、場(chǎng)景管理模塊、插件管理模塊、資源管理模塊和渲染管理模塊組成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述跨嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎的構(gòu)建方法，其特征在于:所述三維渲染引擎的第一層的各模塊具體細(xì)分為以下子模塊: 所述數(shù)學(xué)計(jì)算模塊細(xì)分為矩陣子模塊、向量子模塊和角度子模塊； 所述場(chǎng)景管理模塊細(xì)分為場(chǎng)景管理器子模塊、實(shí)體子模塊、相機(jī)子模塊、燈光子模塊、場(chǎng)景節(jié)點(diǎn)子模塊、場(chǎng)景環(huán)境子模塊組成； 所述資源管理模塊細(xì)分為資源管理器子模塊、模型子模塊、材質(zhì)子模塊、GPU程序子模塊和紋理對(duì)象子模塊； 所述渲染管理模塊細(xì)分為渲染對(duì)象子模塊、渲染窗口子模塊、渲染系統(tǒng)子模塊和硬件緩沖區(qū)子模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述跨嵌入式平臺(tái)的三維渲染引擎的構(gòu)建方法，其特征在于:資源管理模塊中的GPU程序子模塊、紋理子模塊以及渲染管理模塊中的渲染窗口子模塊、渲染系統(tǒng)子模塊、硬件緩沖區(qū)子模塊與底層硬件平臺(tái)有關(guān)，其它子模塊與底層硬件平臺(tái)無關(guān)。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103970966SQ201410226870
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年5月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月27日
【發(fā)明者】鄭坤, 張柱, 劉培, 冉秀桃, 張紅萍, 答海玲, 易云蕾 申請(qǐng)人:武漢兆圖科技有限公司