[發(fā)明專利]全球三維云的互動(dòng)實(shí)時(shí)體渲染方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010215708.4
• 申請(qǐng)日: 2020-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN111563947B
• 公開（公告）日: 2023-06-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱長(zhǎng)德;劉濤;王波
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 南京輿圖科技發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): G06T15/00
• 分類號(hào): G06T15/00;G06T15/08;G06T3/40
• 代理公司: 北京科家知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11427
• 代理人: 陳娟

1.一種全球三維云的互動(dòng)實(shí)時(shí)體渲染方法，其特征在于：包括以下步驟：

步驟1、創(chuàng)建用于全球云層渲染的多邊形；

所述步驟1包括以下步驟：

步驟1.1、創(chuàng)建用于太空視角全球云層球狀多邊形模型；

步驟1.2、創(chuàng)建用于渲染近距離云層的碟狀多邊形模型；

步驟2、采用多張預(yù)處理的全球云圖，疊加多層二維、三維無縫Perlin噪聲、Worley噪聲、curl噪聲進(jìn)行低分辨率的體渲染；

所述步驟2包括以下步驟：

步驟2.1、預(yù)處理多張全球云圖；

所述步驟2.1包括以下步驟：

步驟2.1.1、預(yù)處理單通道紋理，每張紋理存放1張全球云圖，用于靜態(tài)展示某一時(shí)刻的全球云層；

步驟2.1.2、創(chuàng)建多張4通道紋理，每2張紋理組成8個(gè)通道，存放8張全球云圖，用于動(dòng)態(tài)連續(xù)展示全球云層，并在程序運(yùn)行時(shí)動(dòng)態(tài)替換紋理；

步驟2.2、預(yù)生成二維、三維無縫Perlin噪聲、Worley噪聲、curl噪聲、blue噪聲以及云層細(xì)節(jié)噪聲圖；

所述步驟2.2包括以下步驟：

步驟2.2.1、預(yù)生成4通道二維無縫云層細(xì)節(jié)噪聲圖以及單通道二維無縫blue噪聲圖，用于第一層細(xì)節(jié)紋理，兩種圖配合疊加在全球云圖上；

步驟2.2.2、預(yù)生成單通道二維無縫云層細(xì)節(jié)噪聲圖，用于第二層細(xì)節(jié)紋理，疊加在第一層細(xì)節(jié)紋理上；

步驟2.2.3、預(yù)生成單通道三維無縫噪聲圖，其中疊加了三維無縫Perlin噪聲、三維無縫Worley噪聲，用于形成三維體積云的主體形狀以及湍流；

步驟2.2.4、預(yù)生成4通道二維無縫curl噪聲圖，對(duì)上述三維無縫噪聲圖進(jìn)行擾動(dòng)，消除視覺重復(fù)感；

步驟2.3、將云圖和多張?jiān)肼晥D疊加作為全球云層密度值，利用密度值計(jì)算屏幕上每個(gè)像素的云層密度值；

計(jì)算每個(gè)像素的每個(gè)步長(zhǎng)位置朝向光源附近的云層密度得到位置的光照信息并計(jì)算云層亮度值；

利用云層密度值和云層亮度值進(jìn)行體渲染生成低分辨率圖像；

所述步驟2.3包括以下步驟：

步驟2.3.1、將步驟2.1.2的全球云圖作為底圖，將步驟2.2.4的四通道二維無縫云層細(xì)節(jié)噪聲圖、單通道二維無縫blue噪聲圖、單通道二維無縫云層細(xì)節(jié)噪聲圖、2張單通道三維無縫噪聲圖、4通道二維無縫curl噪聲圖以一定算法疊加作為三維云層細(xì)節(jié)圖，疊加到底圖中生成全球三維云層密度圖；

步驟2.3.2、創(chuàng)建低分辨率渲染目標(biāo)的RTT相機(jī)，與主相機(jī)的位置和朝向相同且實(shí)時(shí)更新，使用RayMarching算法從相機(jī)位置向每個(gè)像素發(fā)射射線沿著射線，每隔一段預(yù)設(shè)的距離對(duì)上述全球三維云層密度圖進(jìn)行一次采樣，將射線上所有采樣結(jié)果疊加后作為該像素的云體密度值并轉(zhuǎn)換成該像素的云層綜合alpha值；

步驟2.3.3、在每一次密度圖采樣時(shí)，沿著光照來源方向的錐形區(qū)域內(nèi)隨機(jī)多次采樣上述全球三維云層密度圖，疊加后計(jì)算該點(diǎn)與光照方向上的密度，再利用Beer-Lambert’slaw、PowderEffect以及Henyey-Greenstein相位函數(shù)來計(jì)算該點(diǎn)的光照強(qiáng)度得到直射光顏色值；

步驟2.3.4、在每一次密度圖采樣時(shí)，根據(jù)該位置所在的云層上下厚度、云族屬性和計(jì)算環(huán)境光顏色值，并與上述直射光顏色值混合得到該像素的云層綜合顏色值，將步驟2.3.2中的云層綜合alpha值和云層綜合顏色值輸出到低分辨率渲染目標(biāo)紋理上，生成低分辨率圖像；

步驟3、使用時(shí)間性抗鋸齒進(jìn)行抗鋸齒處理并最終渲染到碟狀多邊形上；

所述步驟3包括以下步驟：

步驟3.1、將渲染出的低分辨率圖像通過相機(jī)抖動(dòng)和上采樣方法擴(kuò)大成當(dāng)前幀全分辨率圖像；

所述步驟3.1包括以下步驟：

步驟3.1.1、將步驟2.3.4中渲染出的低分辨率圖像通過上采樣方法將圖像尺寸擴(kuò)大一定倍數(shù)生成當(dāng)前幀半分辨率圖像；

步驟3.1.2、將步驟3.1.1中半分辨率圖像通過相機(jī)抖動(dòng)方法將圖像尺寸擴(kuò)大一定倍數(shù)生成當(dāng)前幀全分辨率圖像；

步驟3.2、將步驟3.1中的當(dāng)前幀全分辨率圖像以一定的比例疊加到上一幀全分辨率圖像中，并將上述疊加后的全分辨率圖像渲染到碟狀多邊形上；

所述步驟3.2包括將步驟3.1.2中當(dāng)前幀全分辨率圖像以預(yù)設(shè)的比例疊加到上一幀全分辨率圖像中，并將疊加后的全分辨率圖像渲染到步驟1.2中的碟狀多邊形上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的全球三維云的互動(dòng)實(shí)時(shí)體渲染方法，其特征在于：所述步驟1.1包括以下步驟：

步驟1.1.1、創(chuàng)建用于太空視角全球云層球狀多邊形模型，采用常規(guī)半透明貼圖渲染方式，球狀模型的偏心率與地球相同，半徑比地球多5000-20000m；

步驟1.1.2、在云層下方相同經(jīng)緯度的地形模型上疊加云圖，將上述云圖設(shè)置成黑色，根據(jù)太陽位置對(duì)UV進(jìn)行偏移，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)陰影效果。