[发明专利]基于扫描射线的3D场景裁剪方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种3D场景实时渲染时的裁剪方法，主要通过对场景中的模型进行快速射线扫描检测，解决3D场景模型的可见性判断问题。 

【背景技术】

3D场景是由一定数量的场景模型构成，如何很好地表示出包含着成千上万物体的复杂场景，因此需要场景管理，给场景提供良好的层次关系，以便更好地进行筛选(Culling)和隐藏面消除(Hidden surface removal)。场景管理涉及到可视性处理(Visibility processing)和碰撞检测(Collision detection)，系统需要判断场景的哪些部分在视见约束体之内。目前对3D场景组织管理的成熟技术方案主要包括BSP（Binary Space Partioning trees）、Portal、四叉树、八叉树等。这些技术要求在场景制作期对场景进行空间分割，过程复杂。除Portal技术外，其他技术无法有效地处理空间遮挡关系，但Portal技术在开放式室外3D场景管理领域并不适用。 

对复杂的大型3D场景进行实时渲染，要求有一个高效的3D场景裁剪单元，裁减的目的是尽可能减少需要渲染的场景模型数量，来降低图形渲染压力，提高程序的运行效率。 

【发明内容】

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于扫描射线的3D场景裁剪方法，在运行期通过射线检测体替代场景模型进行快速射线扫描，有效解决了场景模型的可见性判断问题，并且不受3D场景布局方式的限制，适用于绝大多数的室内、室外3D场景管理。 

本发明是这样实现的：一种基于扫描射线的3D场景裁剪方法，包括如下步骤： 

步骤10、建立原始3D场景，该3D场景由多个场景模型构成； 

步骤20、针对每个场景模型建立一个射线检测体，该射线检测体是尽可能包裹住场景模型的几何体； 

步骤30、建立每个射线检测体与对应场景模型的映射关系； 

步骤40、根据场景摄像机当前的坐标与朝向，建立一个均匀分布于场景摄像机视锥内的射线簇，射线簇内每条射线长度不小于摄像机远裁剪面的长度； 

步骤50、在当前帧，按一定顺序遍历射线簇中的每一条射线，对射线检测体进行相交检测，如果某个射线检测体被射线命中，则将该射线检测体存放于容器中，并针对该射线检测体标记当前时刻，此时当前时刻为初始值，记为t0；同时规定这个射线检测体在一激活周期内都不从容器中主动移除，该激活周期记为T，如果被命中的检测体早已经存在于容器中，则更新t0值为最后一次命中的当前时刻； 

步骤60、遍历容器中的每一个射线检测体，如果当前时刻t＜t0+T，则根据所述映射关系找到该射线检测体对应的场景模型，对场景模型进行渲染；如果当前时刻t＞＝t0+T，则认为该射线检测体激活寿命超时，将该射线检测体从容器中移除； 

步骤70、在下一帧，将射线簇向一预定方向偏移一定角度进行扫描；； 

步骤80、重复步骤50到70，直到最右侧的射线的达到视锥右边界时结束。 

其中，所述射线检测体形状的复杂度是随检测精度、检测效率的提高而提高。 

其中，所述射线检测体的形状可以是球形、AABB包围盒、或OBB包围盒。 

其中，所述步骤30建立每个射线检测体与对应场景模型的映射关系是使用哈希表来建立，哈希表的键是每个射线检测体的内存地址，值是场景模型的内存地址或者是场景模型的文件路径。 

其中，所述步骤70射线簇进行扫描时是采用逐行扫描或逐列扫描的方式进行 

本发明具有如下优点：在运行期通过射线检测体替代场景模型进行快速射线扫描，能够有效的处理场景模型之间的遮挡关系，制作期不需对模型空间进行分割，从而有效解决了场景模型的可见性判断问题，并且不受3D场景布局方式的限制，适用于绝大多数的室内、室外3D场景管理。 

【附图说明】

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。 

图1为本发明方法的流程框图。 

图2为本发明方法建立的一原始3D场景示意图。 

图3为本发明针对图1中原始3D场景的每个场景模型建立一个射线检测体示意图。 

图4为本发明射线簇扫描状态示意图。 

图5为本发明射线簇逐行扫描过程原理示意图。 

【具体实施方式】

请参阅图1至图5所示，本发明提供一种基于扫描射线的3D场景裁剪方法，包括如下步骤：