一种基于WebGL的三维模型光影映射纹理渲染方法与流程

一种基于webgl的三维模型光影映射纹理渲染方法
技术领域
1.本发明涉及图像处理技术领域，具体为一种基于webgl的三维模型光影映射纹理渲染方法。


背景技术：

2.随着数字化技术的发展，三维可视化展示技术迅速结合到各行各业的实际应用中，催生了许多新的应用技术，在计算机视觉与图形学领域，为了获得真实感的三维模型，需要制作高精度模型和绘制高还原度纹理彩色图像，来满足市场需求。新技术的突起和市场高频快的体验需求，再加上互联网数据传输快的特性，使三维场景逐渐趋向于web端进行展示。
3.目前业内基于webgl的三维制作光影映射纹理贴图技术还是偏向传统贴图烘焙方法。所用的组合软件是3dmax和vray渲染器，vray渲染器要比3dmax默认渲染器烘焙出的贴图色彩信息丰富，当然制作所用时间也更长，这种制作流程方法很难再适用到web端上面。(通过验证，根据模型场景复杂度，vray渲染器烘焙1024*1024光影贴图(vraylightingmap)所需时间在6～15分之间，2048*2048纹理贴图所需时间在15～30分之间，模型场景越复杂，烘焙贴图分辨率越大，耗时越长，文件兆数越大，同时所烘焙出的带有光影映射纹理贴图其强烈受光处纹理模糊或曝光，细节表达不到位，画面美感达不到干净的要求。)
4.由于基于web端进行三维展示，webgl受浏览器限制，有别于单机版应用，因此三维展示只能适应轻量化渲染，而模型轻量化和纹理贴图真实感就成了需要解决突破的技术难点。比如目前三维模型在web端进行展示就存在以下缺陷：(1)模型数据量和纹理数量庞大，降低显卡内存和渲染性能；(2)用户视觉体验差，web端效果与桌面端效果无法比拟；(3)光影映射烘焙纹理贴图模糊，纹理效果不佳以及烘焙时间较长，耗费人工时间；(4)无法满足基于webgl的三维展示新技术趋势；


技术实现要素：

5.本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种基于webgl的三维模型光影映射纹理渲染方法，该方法为模型轻量化提供辅助手段，达到贴图纹理具备光影映射效果，同时还可以提高模型浏览速度和渲染性能，缩短技术人员工作所耗时间。
6.一种基于webgl的三维模型光影映射纹理渲染方法，包括以下步骤：
7.1)：贴图深度优化：基于贴图优化部分，对所需要展示的重点纹理贴图色值加深、纹理线条加粗和贴图饱和度调整优化；并制作出一张贴图烘焙时所需的多源类型通道贴图；
8.2)：渲染器参数设置：使用vray渲染器进行适配的参数设置，符合场景最终效果要求即可；
9.3)：uv面积类比计算分布：uv分解和摆放需要人为手工布置，不用自动拆解和铺平功能，通过纹理所占视觉观看面积对比计算进行合理的uv面积分布；
10.4)：三角形细分有效光照烘焙：需要建立三个3dmax纹理烘焙过程文件来进行操作；
11.设置vray渲染器，进行漫反射贴图烘焙；设置mentalray渲染器，按照常规设置ao贴图烘焙参数，进行ao贴图烘焙；设置默认渲染器，按照常规设置阴影贴图烘焙参数和灯光参数，给模型附无贴图的材质球，进行阴影贴图烘焙；
12.5)：纹理贴图重构：把渲染好的ao贴图和阴影贴图正片叠底到漫反射贴图上，使烘焙好的漫反射贴图保留光影映射的效果和明暗体积感；
13.6)：效果调整：根据生成阶段导出到系统的效果进行场景整体色调对比，若存在颜色不统一的地方，重新进行步骤5)，完成后再一次输出成果，直到合格为止。
14.而且，步骤1)中制作出的多源类型通道贴图为法线贴图。
15.本发明的优点和技术效果是：
16.(1)本发明的一种基于webgl的三维模型光影映射纹理渲染方法，通过提升烘焙纹理光影映射贴图展示效果，为基于web端展示的模型轻量化提供必要辅助手段，webgl受浏览器限制，只能轻量级渲染，因此通过本发明烘焙出的贴图细节元素，可以减少模型冗余类型和模型顶点数量，加快模型加载速度和三维场景数据的调度，提升硬件资源的性能，使三维场景的渲染更加流畅。
17.(2)本发明通过光影映射纹理烘焙渲染技术，利用纹理合并、多源类型贴图处理和烘焙贴图重构等技术手段，大幅度缩减了传统光影贴图烘焙技术所用的时间，节省了人力成本。实验结果表明，根据模型场景复杂度，vray渲染器烘焙1024*1024光影贴图(vraylightingmap)所需时间在2～5分之间，2048*2048纹理贴图所需时间在5～15分之间，所节省的烘焙渲染时间是传统的3倍多。
18.(3)本发明满足基于webgl的三维展示新技术趋势，通过结合新技术、新平台、新引擎，改变传统三维模型制作路径方式，以更轻量化、高适配性的技术特点提升三维展示效果，满足用户视觉体验。
19.(4)本发明的核心技术光影映射纹理贴图可以实现在web端不依靠引擎光影组件效果，还能展示模型光影体积效果，同时最大化的保留纹理细节。并且该发明可以解决区域级/园区级三维场景模型在面向web端应用时，场景贴图烘焙光影画质效果低、细节层次不丰富和模型三角面数臃肿等问题。
附图说明
20.图1为本发明的一种基于webgl的三维模型光影映射纹理渲染方法流程图。
具体实施方式
21.为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
22.一种基于webgl的三维模型光影映射纹理渲染方法，包括以下步骤：
23.1)：贴图深度优化：基于贴图优化部分，对所需要展示的重点纹理贴图色值加深、纹理线条加粗和贴图饱和度调整优化；并制作出一张贴图烘焙时所需的多源类型通道贴
图；
24.2)：渲染器参数设置：使用vray渲染器进行适配的参数设置，符合场景最终效果要求即可；
25.3)：uv面积类比计算分布：uv分解和摆放需要人为手工布置，不用自动拆解和铺平功能，通过纹理所占视觉观看面积对比计算进行合理的uv面积分布；
26.4)：三角形细分有效光照烘焙：需要建立三个3dmax纹理烘焙过程文件来进行操作；
27.设置vray渲染器，进行漫反射贴图烘焙；设置mentalray渲染器，按照常规设置ao贴图烘焙参数，进行ao贴图烘焙；设置默认渲染器，按照常规设置阴影贴图烘焙参数和灯光参数，给模型附无贴图的材质球，进行阴影贴图烘焙；
28.5)：纹理贴图重构：把渲染好的ao贴图和阴影贴图正片叠底到漫反射贴图上，使烘焙好的漫反射贴图保留光影映射的效果和明暗体积感；
29.6)：效果调整：根据生成阶段导出到系统的效果进行场景整体色调对比，若存在颜色不统一的地方，重新进行步骤5)，完成后再一次输出成果，直到合格为止。
30.而且，步骤1)中制作出的多源类型通道贴图为法线贴图。
31.为了更清楚地说明本发明的具体实施方式，下面提供一种实施例：
32.本发明的一种基于webgl的三维模型光影映射纹理渲染方法，步骤1)至步骤4)属于通过光照映射，完成渲染烘焙阶段；步骤4)至步骤5)属于异构数据处理，完成纹理合并部分。
33.1)贴图深度优化：
34.根据三维仿真还原所需的纹理材质基于前期制作阶段的贴图优化部分，进行贴图深度优化，具体操作是借助photoshop工具，针对基础纹理贴图进行贴图分辨率、贴图纹理清晰度和贴图材质颗粒度等高精度显示优化，并基于深度优化后的贴图制作模型烘焙所需的多源类型通道法线贴图，以此增加烘焙后贴图纹理的立体感；
35.2)渲染器参数设置：
36.使用vray渲染器进行适配的参数设置，符合场景最终效果要求即可，此处无特殊要求；
37.3)uv面积类比计算分布：
38.模型uv通过面积类比计算进行合理uv分布，用纹理合并集(textureatlases多个小纹理和到一张大纹理上)，使多重纹理把uv的作用最大化，但是所有纹理只能分享同一个纹理坐标。uv分解和摆放需要人为手工布置，不使用自动拆解和铺平功能，通过纹理展示所占视觉观看面积比计算进行合理uv面积分布；
39.4)三角形细分有效光照烘焙：
40.这一步是核心技术部分，需要建立三个3dmax纹理烘焙过程文件来进行操作。
41.漫反射贴图：使用vray渲染器max文件，在设置材质参数时，把做好的对应法线贴图放到凹凸通道位置；在烘焙时，其它文件隐藏，把需要烘焙的模型部件和灯光独立进行单独渲染，这样可以大幅度缩减渲染时间，快速出图；
42.ao贴图：使用mentalray渲染器max文件，按照常规设置ao贴图烘焙参数，参数设置保证渲染出的ao贴图颗粒度细腻即可；
43.阴影贴图：使用默认渲染器max文件，按照常规设置阴影贴图烘焙参数和灯光参数，给模型附无贴图的材质球，进行阴影贴图烘焙；
44.5)纹理贴图重构：
45.完成贴图烘焙成果图进行重构处理和效果矫正，利用photoshop软件把渲染好的ao贴图和阴影贴图透明度降至50％，正片叠底到漫反射贴图上，这样烘焙好的漫反射贴图就保留了光影映射的效果和明暗体积感，最后使贴图纹理的清晰度、色彩达到合理的地步，纹理贴图重构这一步所用时间比传统光影映射烘焙快3倍多，同时贴图纹理的清晰度要比传统烘焙渲染保留的更好，最后把调整好的光影映射纹理贴图反贴到3dmax场景文件中即可；
46.6)效果调整：
47.根据生成阶段导出到系统的效果进行场景整体色调对比，如果有颜色不统一的地方，重新进行纹理贴图重构步骤，完成后再一次输出成果，直到合格为止。
48.最后，本发明的未述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
49.应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。