硬表面模型的处理方法、装置及电子设备与流程

1.本技术涉及图像处理技术领域，尤其是涉及到一种硬表面模型的制作方法、装置及电子设备。


背景技术：

2.硬表面模型泛指计算机动画(computer graphics，cg)制作中遇到的车辆、武器装备、建筑结构等具有坚硬表面的物品模型，常见于科幻类题材作品。
3.目前，对于背景相关的硬表面资产，由于其数量巨大，且重要程度较低(例如游戏背景里存在大量的硬表面道具，这些道具可能仅起到衬托的作用)。现有技术中的硬表面模型制作流程过于复杂，如果全部按照现有流程制作，工作量较大，不但会增加硬表面模型的制作成本，影响硬表面模型的处理效率，而且还对制作人员有一定的技术能力要求，除了美术基础的认知外，需要对软件工艺的技术层面有一定的了解，需要大量的制作实战来积累制作经验。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本技术提供了一种硬表面模型的处理方法、装置及电子设备，主要目的在于改善目前对于重要程度较低的硬表面资产通过现有流程制作，会增加硬表面模型的制作成本，以及会影响硬表面模型的处理效率的技术问题。
5.依据本技术的一个方面，提供了一种硬表面模型的处理方法，该方法包括：
6.获取硬表面资产的白模数据；
7.对所述白模数据的造型轮廓和比例关系进行调整，得到中高模数据，所述中高模数据为介于中模和高模之间精度的模型数据；
8.为所述中高模数据指定材质，并应用倒角着色器的参数确定模型最终产生的倒角宽度；
9.将应用倒角着色器后的所述中高模数据，烘焙转制成法线贴图；
10.根据所述法线贴图和所述硬表面资产的低模数据进行渲染，得到所述硬表面资产的图像数据。
11.依据本技术的另一方面，提供了一种硬表面模型的处理装置，该装置包括：
12.获取模块，用于获取硬表面资产的白模数据；
13.调整模块，用于对所述白模数据的造型轮廓和比例关系进行调整，得到中高模数据，所述中高模数据为介于中模和高模之间精度的模型数据；
14.配置模块，用于为所述中高模数据指定材质，并应用倒角着色器的参数确定模型最终产生的倒角宽度；
15.烘焙模块，用于将应用倒角着色器后的所述中高模数据，烘焙转制成法线贴图；
16.渲染模块，用于根据所述法线贴图和所述硬表面资产的低模数据进行渲染，得到所述硬表面资产的图像数据。
17.依据本技术又一个方面，提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述硬表面模型的处理方法。
18.依据本技术再一个方面，提供了一种电子设备，包括存储介质、处理器及存储在存储介质上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述硬表面模型的处理方法。
19.借由上述技术方案，本技术提供的一种硬表面模型的处理方法、装置及电子设备，与目前对于重要程度较低的硬表面资产全部按照现有流程制作的方式相比，本技术因为不需要制作细分表面的高精度模型(即高模)，所以制作过程中可以一定程度上无视模型的布线和拓朴结构，且不再限制模型的制作方式，进而节省了较大的工作量。与现有技术中需要制作高模数据不同，本技术是对硬表面资产的白模数据的造型轮廓和比例关系进行调整，得到介于中模和高模之间精度的中高模数据，该中高模不同于传统流程的高模，可以很大程度上不去关注模型的拓扑结构，可以快速制作成型。然后为中高模数据指定材质，并应用倒角着色器的参数确定模型最终产生的倒角宽度，将应用倒角着色器后的中高模数据，烘焙转制成法线贴图，以便根据法线贴图和低模数据进行渲染，得到硬表面资产的图像数据。本技术是利用倒角着色器的特性，自动对硬表面模型的边缘进行处理，产生传统流程下，需要制作高精度模型才能达到的细节和效果，并通过数据烘培应用到游戏内实时渲染的工作流程。对于重要程度较低的硬表面资产通过本技术提供的技术方案进行处理，可大规模地降低制作的复杂度，维持相同质量的前提下，缩短制作周期，可节省硬表面模型的制作成本和提高处理效率，并且由于不需要多边形建模和细分表面等方式制作高模，因此可降低硬表面资产制作人员的技术能力要求。
20.上述说明仅是本技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本技术的具体实施方式。
附图说明
21.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
22.图1示出了本技术实施例提供的一种硬表面模型的处理方法的流程示意图；
23.图2示出了本技术实施例提供的中高模示例的示意图；
24.图3示出了本技术实施例提供的另一种硬表面模型的处理方法的流程示意图；
25.图4示出了本技术实施例提供的中高模应用了倒角着色器后的效果示意图；
26.图5示出了本技术实施例提供的低模示例和从中高模烘培转制成的法线贴图的效果示意图；
27.图6示出了本技术实施例提供的游戏引擎内的渲染效果示意图；
28.图7示出了本技术实施例提供的一种硬表面模型的处理装置的结构示意图。
具体实施方式
29.下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
30.为了改善目前对于重要程度较低的硬表面资产通过现有流程制作，会增加硬表面模型的制作成本，以及会影响硬表面模型的处理效率的技术问题。本实施例提供了一种硬表面模型的处理方法，如图1所示，该方法包括：
31.步骤101、获取硬表面资产的白模数据。
32.硬表面资产可为游戏中的车辆、武器装备、建筑结构等具有坚硬表面的物品模型。
33.白模(mockup)，又可称为灰模(block out)，是模型制作起始时用基本的几何体经过粗略修改，来呈现被建模对象体积、造型、比例、空间关系的粗糙模型。
34.步骤102、对硬表面资产的白模数据的造型轮廓和比例关系进行调整，得到中高模数据。
35.与目前现有技术中需要制作中模数据，再由中模数据制作高模数据的方式不同，本实施例无需直接对硬表面资产的白模数据的造型轮廓和比例关系进行调整，得到介于中模和高模之间精度的中高模数据，该中高模不同于传统流程的高模，可以很大程度上不去关注模型的拓扑结构，可以快速制作成型。
36.其中，中模(mid poly)是美术资产模型制作过程中的中间模型，已经具备了设计需要呈现的细节，可以通过增加控制线，进行曲面细分转变成高模(high poly)，也可以调整拓扑结构，减少面数变为低模(low poly)。低模是用于实时渲染的低精度(相对)的3d模型。而高模是高分辨率的、带有大量细节得高精度模型，制作人员通过制作高模来实现设计中的各种细节，但是高精度模型无法用于实时渲染，需要通过烘培流程将细节信息烘培到纹理，在实时渲染的过程中应用到低模。
37.对于本实施例中的中高模不同于传统意义的中模，因为已经制作了所有需要表现得结构和表面细节，但是又不同于传统意义的高模，因为不需要表面细分，所以顶点数/面数并不高，所以称之为中高模。
38.中高模的制作相对于高模制作非常简单，可只需要关注造型、比例，无需通过卡线等方式来增加控制线。例如，如图2所示的中高模示例，可以看到顶点数和面数相对都非常的少，制作难度很低。为了方便不同模型之间的融合，可无需考虑中高模型上的切割开口、缝隙、不同造型之间的过渡等。
39.步骤103、为中高模数据指定材质，并应用倒角着色器的参数确定模型最终产生的倒角宽度。
40.倒角着色器(bevelshader)，或称为圆角着色器(round corner shader)。执行本实施例方法的工具需要预先植入带有round corner/bevelshader的离线渲染器。进而后续利用离线渲染器的round corner/bevelshader的特性，自动对硬表面模型的边缘进行处理，产生传统流程下，需要制作高精度模型才能达到的细节和效果，并通过数据烘培应用到游戏内实时渲染的工作流程。
41.例如，在中高模制作完成后，需要对模型指定材质，并应用bevel shader,bevelshader的参数决定了最终产生的倒角的宽度，模型可能存在不同的边缘需要使用不同的倒角宽度，这种情况下则需要针对边所在的面指定不同的材质，并设定期望使用的参数。
42.步骤104、将应用倒角着色器后的中高模数据，烘焙转制成法线贴图。
43.在本实施例中，为了能够在游戏中实时渲染，还需要将应用bevelshader后的效
果，烘焙转制成法线贴图(normal map)。
44.烘焙(baking)到纹理(texture)：在游戏美术资产的制作过程中，烘培指的是将高精度模型的细节信息，例如法线方向，表面曲率等信息，参照低精度模型顶点的法线方向以及uv纹理贴图坐标信息，烘培到纹理上的制作技术。低精度的模型会使用烘培的结果，在实时渲染时，呈现出接近高精度模型的细节。烘培产生的各种信息纹理，也会在程序化生成材质的制作过程中，用于提供表面特征信息给算法。
45.而本实施例不需要制作细分表面的高精度模型(即高模)，是利用倒角着色器的特性，自动对硬表面模型的边缘进行处理，产生传统流程下，需要制作高精度模型才能达到的细节和效果，并通过数据烘培应用到游戏内实时渲染的工作流程。
46.步骤105、根据法线贴图和硬表面资产的低模数据进行渲染，得到硬表面资产的图像数据。
47.与目前对于重要程度较低的硬表面资产全部按照现有流程制作的方式相比，本实施例因为不需要制作细分表面的高精度模型，所以制作过程中可以一定程度上无视模型的布线和拓朴结构，且不再限制模型的制作方式，进而节省了较大的工作量。对于重要程度较低的硬表面资产通过本实施例提供的技术方案进行处理，可大规模地降低制作的复杂度，维持相同质量的前提下，缩短制作周期，可节省硬表面模型的制作成本和提高处理效率，并且由于不需要多边形建模和细分表面等方式制作高模，因此可降低硬表面资产制作人员的技术能力要求。
48.进一步的，作为上述实施例具体实施方式的细化和扩展，为了完整说明本实施例的实施方式，提供了另一种硬表面模型的处理方法，如图3所示，该方法包括：
49.步骤201、获取硬表面资产的白模数据。
50.步骤202、对硬表面资产的白模数据的造型轮廓和比例关系进行调整，得到中高模数据。
51.本实施例因为不需要制作细分表面的高精度模型，所以制作过程中可以一定程度上无视模型的布线和拓朴结构，且不再限制模型的制作方式，多边形建模、曲面建模、布尔建模等各种工艺都可以用来产生用于烘培数据的中高模型。
52.对于本实施例，可通过白模数据调整得到的低模数据，或者在得到在得到中高模数据之后，通过对中高模数据进行调整，得到硬表面资产的低模数据等，以满足不同的需求。
53.步骤203、为中高模数据指定材质，并应用倒角着色器的参数确定模型最终产生的倒角宽度。
54.本实施例可适用于植入round corner/bevel shader的离线渲染器的数字内容创作(digital content creation，dcc)软件，可不限于blender/modo/houdini/maya/3dsmax等软件工具。所以工作方式灵活多变，工作流程可任意定制。如果用户不满意，因为主流dcc软件均支持开放式着色语言(open shadeing language，osl)，用户也可以选择自己基于理论通过osl自行实现。
55.可选的，步骤203具体可包括：基于指定的材质，通过采样精度设置参与计算的光线的数量，并调整倒角后的边缘宽度。
56.例如，不同的dcc软件/渲染环境，应用round corner/bevel shader的流程会有所
不同。以blender工具为例，通过在材质编辑器中添加bevel node到主brdf的normal输入实现应用round corner/bevel shader；以arnold的maya工具为例，需要在node editor中设置应用round corner/bevel shader；而对于3dsmax工具，配合arnold需要在slate工具中进行设置应用round corner/bevel shader；对于modo软件工具，则在模型属性的surface normalm面板进行设置应用round corner/bevel shader。
57.上面无论使用哪种软件工具环境，关键参数均包括：采样精度(sample)和倒角/圆滑后的边缘宽度(radius)。其中，采样精度用于设置参与计算的光线的数量，决定了光滑/倒角的质量；倒角/圆滑后的边缘宽度需要用户在制作时按照需要进行调整。经过这些设置后，如图4所示，展示了中高模应用了round corner/bevel shader后的效果。
58.步骤204、利用数字内容创作软件的烘焙工具，将应用倒角着色器后的所述中高模数据烘焙到法线贴图。
59.不同的dcc软件的纹理烘培过程大同小异，例如，以blender工具为例，在blender工具中选择高模(highpoly)为应用了round corner/bevel shader后的中高模；而低模(low poly)为用于游戏内实时渲染的模型，成为游戏内的低模。利用dcc自己的烘培功能，将中高模 round corner/bevelshader的效果烘培到法线贴图，并在实时渲染时应用到low poly游戏内低模上，让其看起来有高精度模型的效果。
60.步骤205、在低模数据上应用法线贴图进行渲染，得到硬表面资产的图像数据。
61.例如，如图5所示，为游戏内用于实时渲染的低模以及前面流程中，从中高模烘培转制成的法线贴图；如图6所示，为游戏引擎内的渲染效果示意图(unity3d)。
62.为了进一步提升渲染效果，可选的，步骤205具体可包括：利用硬表面资产的低模数据和法线贴图，烘焙产生其他描述模型表面特征的支持纹理；在低模数据上应用法线贴图和该其他描述模型表面特征的支持纹理进行渲染，得到硬表面资产的图像数据。
63.例如，烘培的法线贴图的过程中可以同时产生其他描述模型表面特征的支持纹理，例如腔贴图(cavity map)、曲率贴图(curvature map)、厚度贴图(thickness map)等等。如将低模和烘培得到的法线贴图，导入到substance painter中新建工程后，烘培产生各种辅助支持纹理。这些纹理为后继在表面材质制作软件(substance designer，substance painter等)内的程序化生成提供了基本数据。在substance painter内完成纹理绘制后，可以导出游戏内渲染所需要的各种纹理(如pbr金属度流程下，是固有色，法线贴图，粗糙度纹理等)，纹理和游戏内使用的低模配合，在游戏内进行实时渲染。
64.本实施例为了实现利用离线渲染器的round corner/bevelshader的特性，自动对硬表面模型的边缘进行处理，主要是在在渲染时通过对边缘的判断，并为顶点(顶点处于需要圆滑的位置)增加额外的法线向量信息(有多种实现方法)，来模拟边缘圆滑倒角的效果。即上述在低模数据上应用法线贴图和其他支持纹理进行渲染，得到硬表面资产的图像数据，具体可包括：利用预先植入的带有倒角着色器的离线渲染器，在渲染时通过对边缘的判断，基于倒角宽度对顶点增加额外的法线向量信息，以模拟边缘圆滑倒角的效果。
65.硬表面模型的制作过程目前是使用传统多边形建模 表面细分得到的高精度模型，即在完成中间模型的制作之后，通过调整模型布线，增加控制线，通过对模型本身的表面细分，完成带有大量细节的高精度模型的制作。必要情况下，还需要将高模导入到数字雕刻软件进行额外的细节制作，完成后对该软件的高模进行减面，用于纹理数据烘培制作。
66.或者是使用工业建模软件进行模型制作，转化为多边形进行拓扑转换，然后得到最终的高模。对于有大量曲面和切割的模型，使用工业建模软件(fusion 360，rhinoceros等)的nurbs曲面建模技术有着很大的速度优势。基于nurbs方式构建的模型可以有效的转化为多边形模型，但是因为通常转换产生的多边形模型的拓朴结构无法满足表面细分算法得到平整光滑的结果，通常会对转换结果进行拓扑修改。
67.目前现有技术中的每种方案都是由其要解决的问题和应用的环境产生的，游戏内的高精度硬表面资产制作最早出现在科幻题材的3a作品中，大屏幕高清画面对于细节有一定的要求，但是也存在一定的缺陷，特别是将此工艺应用到屏幕比较小的移动设备的时候，会更加明显。现有技术流程方案并不能覆盖各种类型资产的产生，对于背景相关的硬表面资产来说，数量巨大，且重要程度较低，现有的技术流程则工艺过于复杂，例如场景内的大量道具，如果全部按照现有流程制作，工作量和成本非常容易失控。并且现有方案的制作过程是破坏性的且不可逆的，对于设定的变更必然导致部分甚至整体的模型调整(模型的构型通常使用基本体布尔得到，通常制作流程中为了使模型布线能够满足进行细分表面的运算，需要对布尔运算的结果进行塌陷然后进行模型的布线编辑，如果部分设计或者比例关系发生修改，则需要重复上述流程，再次进行布尔-》塌陷-》布线编辑的操作)。以及很难将制作过程的一些细节进行量化，例如模型边缘的倒角宽度，以及倒角产生的高光的宽度，很可能在制作完成后，发现不同的模型资产在画面中呈现出不同的倒角宽度和高光宽度，直接影响了画面的统一性和模型本身的体积感。
68.且除了关键性的道具(第一人称的武器等)外，大量的硬表面资产其实在游戏的美术资产中重要度较低，但是当前地制作工艺流程对于美术制作人员的要求较高，多边形建模 细分表面的方式需要制作人员对于模型的布线拓扑有很好的理解，有一定的处理经验并结合大量的辅助工具才能高效的得到满意的结果。工业辅助曲面建模的方式则需要额外的学习曲面建模的工作模式，并掌握相关的软件，跨领域的协同存在一定的门槛，且很难拆分流程并有匹配能力的人员进行量产。
69.为了解决上述问题，利用本实施例方法，因为不需要制作细分表面的高精度模型(即高模)，所以制作过程中可以一定程度上无视模型的布线和拓朴结构，且不再限制模型的制作方式，进而节省了较大的工作量。可实现大规模地降低制作的复杂度，维持相同质量的前提下，缩短制作周期，降低成本；降低硬表面资产制作人员的技术能力要求；将各个制作环节解耦，每个环节可以设计出独立的工作流，方便工业化，自动化生产。在一定程度上提供非破坏性的建模工作流，方便设计变更所带来的修改成本。如使用新流程因为不需要进行表面细分，直接使用布尔的结果即可，保留布尔的运算状态，随时调整实时参与布尔运算的元素的造型即可得到最终的结果。
70.进一步的，作为图1和图3所示方法的具体实现，本实施例提供了一种硬表面模型的处理装置，如图7所示，该装置包括：获取模块31、调整模块32、配置模块33、烘焙模块34、渲染模块35。
71.获取模块31，用于获取硬表面资产的白模数据；
72.调整模块32，用于对所述白模数据的造型轮廓和比例关系进行调整，得到中高模数据，所述中高模数据为介于中模和高模之间精度的模型数据；
73.配置模块33，用于为所述中高模数据指定材质，并应用倒角着色器的参数确定模
型最终产生的倒角宽度；
74.烘焙模块34，用于将应用倒角着色器后的所述中高模数据，烘焙转制成法线贴图；
75.渲染模块35，用于根据所述法线贴图和所述硬表面资产的低模数据进行渲染，得到所述硬表面资产的图像数据。
76.在具体的应用场景中，渲染模块35，具体用于在所述低模数据上应用所述法线贴图进行渲染，得到所述硬表面资产的图像数据。
77.在具体的应用场景中，渲染模块35，具体还用于利用所述低模数据和所述法线贴图，烘焙产生其他描述模型表面特征的支持纹理；在所述低模数据上应用所述法线贴图和所述支持纹理进行渲染，得到所述硬表面资产的图像数据。
78.在具体的应用场景中，渲染模块35，具体还用于利用预先植入的带有倒角着色器的离线渲染器，在渲染时通过对边缘的判断，基于所述倒角宽度对顶点增加额外的法线向量信息，以模拟边缘圆滑倒角的效果。
79.在具体的应用场景中，配置模块33，具体用于基于指定的材质，通过采样精度设置参与计算的光线的数量，并调整倒角后的边缘宽度。
80.在具体的应用场景中，烘焙模块34，具体用于利用数字内容创作软件的烘焙工具，将应用倒角着色器后的所述中高模数据烘焙到法线贴图。
81.在具体的应用场景中，调整模块32，还用于在对所述白模数据的造型轮廓和比例关系进行调整，得到中高模数据之后，通过对所述中高模数据进行调整，得到所述硬表面资产的低模数据。
82.需要说明的是，本实施例提供的一种硬表面模型的处理装置所涉及各功能单元的其它相应描述，可以参考图1和图3中的对应描述，在此不再赘述。
83.基于上述如图1和图3所示方法，相应的，本实施例还提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述如图1和图3所示的硬表面模型的处理方法。
84.基于这样的理解，本技术的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本技术各个实施场景的方法。
85.基于上述如图1和图3所示的方法，以及图7所示的虚拟装置实施例，为了实现上述目的，本技术实施例还提供了一种电子设备，具体可以为个人计算机、笔记本电脑、智能手机、服务器或其他网络设备等，该设备包括存储介质和处理器；存储介质，用于存储计算机程序；处理器，用于执行计算机程序以实现上述如图1和图3所示的硬表面模型的处理方法。
86.可选的，上述实体设备还可以包括用户接口、网络接口、摄像头、射频(radio frequency，rf)电路，传感器、音频电路、wi-fi模块等等。用户接口可以包括显示屏(display)、输入单元比如键盘(keyboard)等，可选用户接口还可以包括usb接口、读卡器接口等。网络接口可选的可以包括标准的有线接口、无线接口(如wi-fi接口)等。
87.本领域技术人员可以理解，本实施例提供的上述实体设备结构并不构成对该实体设备的限定，可以包括更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。
88.存储介质中还可以包括操作系统、网络通信模块。操作系统是管理上述实体设备
硬件和软件资源的程序，支持信息处理程序以及其它软件和/或程序的运行。网络通信模块用于实现存储介质内部各组件之间的通信，以及与信息处理实体设备中其它硬件和软件之间通信。
89.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本技术可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，也可以通过硬件实现。通过应用本实施例的方案，模型的制作不受制作方式的局限，完全美术效果导向，可以让制作人员关注美术呈现而不是技术细节(如何卡线，如何布线，多软件协同)。可以低成本的得到原本需要消耗大量工时才能得到的效果。制作效率高速且稳定，可以应用到任何支持rounder corner/bevel shader的dcc软件，例如houdini/blender/maya/modo等。倒角宽度便于配置并可以通过脚本进行自动化检查，便于美术审核；对操作人员的能力和经验要求较低,不需要细分表面和曲面建模的知识就可以完成工作，适合大量的低成本的产出游戏内的背景资产。
90.本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本技术所必须的。本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
91.上述本技术序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本技术的几个具体实施场景，但是，本技术并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本技术的保护范围。