一种数字孪生仿真场景的三维模型渲染方法及系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113963100A(43)申请公布日2022.01.21(21)申请号202111242099.2(22)申请日2021.10.25(71)申请人广东工业大学地址510062广东省广州市越秀区东风东路729号(72)发明人赵荣丽邹尚文刘强俞爱林方洛(74)专利代理机构佛山市禾才知识产权代理有限公司44379代理人刘羽波陈嘉琦(51)Int.Cl.G06T15/00(2011.01)G06T15/50(2011.01)G06T19/20(2011.01)权利要求书2页说明书8页附图2页(54)发明名称一种数字孪生仿真场景的三维模型渲染方法及系统(57)摘要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。CN113963100ACN113963100A权利要求书1/2页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，ωi为入射光线单位三维向量，ωr为反射光线单位三维向量，Lr为反射光线的辐射亮度，Li为入射光线的辐射亮度，Ei为入射光纤的辐照度，θi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，Lr为反射光线的辐射亮度，Li为入射光线的辐射亮度，ωi为入射光线2单位三维向量，ωr为反射光线单位三维向量，H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：2CN113963100A权利要求书2/2页其中n为法线方向，ωi为入射光线单位三维向量，ωr为反射光线单位三维向量，N为采样方向的数量，p(ωi)为光线按ωi方向入射到着色平面的概率密度，fr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