[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

本發(fā)明公開了一種全球三維云的互動(dòng)實(shí)時(shí)體渲染方法，包括以下步驟：創(chuàng)建用于全球云層渲染的多邊形；采用多張預(yù)處理的全球?qū)崟r(shí)云圖，疊加多層二維、三維Perlin噪聲圖、Worley噪聲圖、curl噪聲圖、blue噪聲圖以及云層細(xì)節(jié)噪聲圖，進(jìn)行低分辨率的體渲染；使用TAA進(jìn)行抗鋸齒處理并最終渲染到碟狀多邊形上。本發(fā)明可以利用全球?qū)崟r(shí)云圖，實(shí)現(xiàn)從太空到地面任意視角實(shí)時(shí)渲染的高度、厚度、形態(tài)、光照、分布可控的三維體積云。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及計(jì)算機(jī)視景仿真技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及全球三維云的互動(dòng)實(shí)時(shí)體渲染方法。

背景技術(shù)

云層是計(jì)算機(jī)視景仿真技術(shù)領(lǐng)域重要的組成部分，也是該領(lǐng)域最復(fù)雜的技術(shù)問題之一。目前大多數(shù)超大范圍全球云層實(shí)時(shí)模擬軟件，都是使用全球?qū)崟r(shí)云圖以平面圖像的方式展現(xiàn)，或加上粒子系統(tǒng)，以Billboard方式展現(xiàn)近處云朵。這些方法都有云圖精度不夠，無法實(shí)時(shí)交互、無法表現(xiàn)大面積云層、繪制效率低下，云朵形態(tài)失真、光照錯(cuò)誤等問題，從而很難展現(xiàn)較為逼真的從太空到地面任意視角的三維云層效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。為此，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提出全球三維云的互動(dòng)實(shí)時(shí)體渲染方法，本發(fā)明。

根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的一種全球三維云的互動(dòng)實(shí)時(shí)體渲染方法，包括以下步驟：

步驟1、創(chuàng)建用于全球云層渲染的多邊形；

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；

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。

優(yōu)選地，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。

優(yōu)選地，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。

優(yōu)選地，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；

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；

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。

優(yōu)選地，所述步驟2.1包括以下步驟：

步驟2.1.1、創(chuàng)建單通道紋理，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4通道紋理，每2張紋理的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。

優(yōu)選地，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，兩張圖配合疊加在全球云圖上；