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三维仿真       

一种数字孪生仿真场景的三维模型渲染方法及系


技术特征:
1.一种数字孪生仿真场景的三维模型渲染方法,其特征在于,包括以下步骤:建立pbr渲染模型,并提交渲染参数;使用三维模型渲染系统介入三维模型引擎,获取实时的场景描述数据,其中所述场景描述数据包括场景模型数据、场景相机数据和场景灯源数据,转化场景描述数据的格式,写入pbrt文件保存;对pbr渲染模型进行不同方位的拍摄录制得到场景视频;根据渲染参数对场景视频进行逐帧渲染得到渲染预览图;根据渲染预览图判断当前帧是否符合渲染要求,若不符合渲染要求,则修改渲染参数和pbrt文件并进行保存,对被修改的帧及后续帧按照修改后的渲染参数和pbrt文件进行渲染,得到修改后的渲染预览图,若符合渲染要求,则对场景视频进行逐帧渲染;判断当前帧是否为最后帧,若否,根据渲染参数渲染当前帧,直到当前帧为最后帧;若是,则对所有帧进行组合,输出渲染后的三维模型渲染视频。2.根据权利要求1所述的一种数字孪生仿真场景的三维模型渲染方法,其特征在于,对被修改的帧及后续帧按照修改后的渲染参数和pbrt文件进行渲染的步骤如下:动态读取当前帧的pbrt文件信息和渲染参数的设置;将渲染参数导入渲染引擎计算出场景各个光源的光照信息、环境参数以及当前帧场景模型各个区域的场景描述数据;根据双向反射分布函数的光强系数计算方程对直接光照和间接光照进行计算;其中双向反射分布函数的公式如下:其中fr为反射率分布函数,sr为立体角度单位,ω
i
为入射光线单位三维向量,ω
r
为反射光线单位三维向量,l
r
为反射光线的辐射亮度,l
i
为入射光线的辐射亮度,e
i
为入射光纤的辐照度,θ
i
为入射光线与着色平面的法线向量之间的夹角;再利用蒙特卡洛积分法近似计算得到漫反射和高光的直接光照计算因子建立起渲染方程;最后将传入的修改后的渲染参数代入渲染方程进行计算,得出每个像素的值并输出修改后场景和pbr渲染模型的渲染预览图。3.根据权利要求2所述的一种数字孪生仿真场景的三维模型渲染方法,其特征在于,利用蒙特卡洛积分法近似计算得到漫反射和高光的直接光照计算因子建立起渲染方程的步骤如下:根据双向反射分布函数,获取得到着色点数据,其中着色点的获取公式如下:其中p为着色表面的某个点,即着色点,l
r
为反射光线的辐射亮度,l
i
为入射光线的辐射亮度,ω
i
为入射光线单位三维向量,ω
r
为反射光线单位三维向量,h2为以入射光线在着色点上形成的半球;对着色点数据进行蒙特卡洛积分,得到渲染方程,其中所述渲染方程为:
其中n为法线方向,ω
i
为入射光线单位三维向量,ω
r
为反射光线单位三维向量,n为采样方向的数量,p(ω
i
)为光线按ω
i
方向入射到着色平面的概率密度,f
r
为双向反射分布函数。4.根据权利要求1所述的一种数字孪生仿真场景的三维模型渲染方法,其特征在于,输出渲染后的三维模型渲染视频的步骤如下:将逐帧渲染好的图片加入视频合成队列;在所有帧的图片渲染完成后,通过ffmpeg将所有渲染后的图片按照视频合成队列的顺序进行视频合成操作,输出三维模型渲染视频。5.根据权利要求1所述的一种数字孪生仿真场景的三维模型渲染方法,其特征在于,使用三维模型渲染系统介入三维模型引擎包括以下步骤:启动三维模型渲染系统,将三维模型渲染系统的渲染类包装为appstate类,将包装完成的appstate类加入到渲染引擎中statemanager列队中,然后对渲染引擎中的postrender接口进行重新写入,通过postrender接口获取得到场景描述数据。6.一种数字孪生仿真场景的三维模型渲染系统,包括存储器和处理器;所述存储器用于存储可由处理器执行的指令;所述处理器用于执行所述指令以实现如权利要求1-5任一项所述的一种数字孪生仿真场景的三维模型渲染方法,其特征在于,所述处理器包括场景描述数据交互模块、渲染参数设置模块、场景录制模块、场景渲染预览模块、图片渲染与视频合成模块;其中,所述场景描述数据交互模块用于实时获取当前仿真场景相关的组成数据并将数字形式转化为可视化形式;所述渲染参数设置模块用于向pbr渲染模型以及场景输入pbr渲染模型的渲染参数以及pbrt文件内的场景描述数据;场景录制模块用于逐帧录制场景渲染的图片;场景渲染预览模块通过将获取上述场景描述数据交互模块的数据以及上述渲染参数设置模块提交的渲染参数以及场景描述数据进行当前帧场景的pbr渲染并提供渲染效果预览;图片渲染与视频合成模块用于判断当前帧是否为最后帧,若是,则对所有帧进行组合,输出渲染后的三维模型渲染视频。

技术总结
一种数字孪生仿真场景的三维模型渲染方法包括以下步骤:建立PBR渲染模型,并提交渲染参数;使用三维模型渲染系统介入三维模型引擎,获取实时的场景描述数据,其中所述场景描述数据包括场景模型数据、场景相机数据和场景灯源数据,转化场景描述数据的格式,写入pbrt文件保存;对PBR渲染模型进行不同方位的拍摄录制得到场景视频;根据渲染参数对场景视频进行逐帧渲染得到渲染预览图;根据渲染预览图判断当前帧是否符合渲染要求,若不符合渲染要求,则修改渲染参数和pbrt文件并进行保存。在使数字孪生仿真过程中的三维场景和模型更具有美观性和真实性的同时令渲染流程具有参数动态调节性,以便于后续帧的渲染和视频合成用于仿真项目的最终展示。于仿真项目的最终展示。于仿真项目的最终展示。


技术研发人员:赵荣丽 邹尚文 刘强 俞爱林 方洛
受保护的技术使用者:广东工业大学
技术研发日:2021.10.25
技术公布日:2022/1/21



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