一種圖形的路徑構建方法
2023-05-29 08:08:41 1
專利名稱：一種圖形的路徑構建方法
技術領域：
本發明涉及多媒體技術領域，特別是涉及一種圖形的路徑構建方法。
背景技術：
隨著計算機圖形圖像技術和計算機硬體技術的發展，計算機動畫和圖形 圖像處理廣泛應用於軍事、娛樂、廣告、仿真、教育等領域。精彩的電影特 技，精美的產品模型設計，身臨其境的模擬訓練器和逼真的遊戲動畫，無不 體現著現代圖形圖像技術的強大能力。計算機硬體技術的發展，為計算機圖 形圖像技術的發展提供了物質保障，而計算機圖形圖像技術的發展，對計算 機硬體系統的要求越來越高，又促使計算機硬體系統不斷更新發展。圖形圖 像渲染引擎是圖形圖像處理系統的核心，每一個現代圖形圖像系統都需要與 之功能相適應的引擎，提供其圖形圖像處理的技術基礎。圖形圖像應用系統 通過渲染引擎把模型、動畫、光影、特效等所有效果計算出來並以圖像形式 顯示，圖像最終的輸出質量由圖形圖像應用系統直接決定。
常見的渲染引擎，如OpenGL和Direct3D,使用傳統的三維變換渲染三 維圖形，將一個圖形生成圖像並顯示在屏幕上。如圖l所示，為現有技術中 圖形的路徑構建方法流程圖，包括以下步驟
步驟101，通過建模變換矩陣將物體空間中的圖形放置在世界空間中。 步驟102，通過視變換矩陣將世界空間中的圖形放置在眼空間中。 步驟103,通過投影變換矩陣將眼空間中的圖形放置在剪裁空間中。 步驟104，通過透視除法將剪裁空間中的圖形放置在標準設備空間中。 步驟105,通過視圖和深度範圍變換將標準設備空間中的圖形放置在 窗口空間中。
步驟106,改變建模變換矩陣。
步驟107,通過改變過的建模變換矩陣控制圖形在世界空間中的位置。上述步驟中，每個從一個空間到另一個空間的變換，都是一個矩陣的操 作。在工程中創建完一個圖形，該圖形會在物體空間中有一個物體空間坐標。 如果想把該圖形放置在世界空間中，就需要得到該圖形的世界空間坐標。該 圖形的世界空間坐標是通過該圖形的物體空間坐標乘以 一個轉換矩陣得到 的，這個矩陣是物體空間坐標經過旋轉、縮放和平移的體現，稱為建模變換 矩陣。目前，對圖形在空間中的操控是在這一步完成的，也就是改變建模變 換的矩陣使圖形處於不同的空間位置。
在有些情況下，需要輸出的圖像沿一定的路徑運動或者離開屏幕，並控 製圖像進入或離開屏幕的時間和位置，現有技術中，只能通過改變建模變換 矩陣，在世界空間中控制圖形的運動，而無法在最終的視覺效果上達到控制 目的。
發明內容
本發明實施例提供一種圖形的路徑構建方法，實現了在最終的視覺效果 上控制輸出的圖像運動，並使該路徑正對攝像機或觀察者的眼睛的目的。
為達到上述目的，本發明實施例提出一種^ 各徑構建方法，包括以下步驟 設定圖形的^各徑方向； 獲取所述圖形的空間變換矩陣； 衝艮據所述空間變換矩陣計算所述圖形的路徑距離； 根據所述圖形的路徑方向和路徑距離構建所述圖形的路徑。 所述計算路徑距離之前，還包括 獲取包圍所述圖形的長方體空間的頂點坐標； 根據所述路徑方向和所述頂點坐標計算所述圖形離開屏幕的位置。 所述獲取包圍所述圖形的長方體空間的頂點坐標，具體包括 獲取包圍所述圖形的長方體空間的頂點的物體空間坐標； 根據所述圖形的空間變換矩陣將包圍所述圖形的長方體空間的頂點的物 體空間坐標轉換為包圍所述圖形的長方體空間的頂點的標準設備空間坐標。 所述根據路徑方向和頂點坐標計算所述圖形離開屏幕的位置，具體包括:根據所述路徑方向和所述頂點坐標計算所述圖形離開屏幕的位置的標準
設備空間坐標；
根據所述圖形的空間變換矩陣將所述圖形離開屏幕的位置的標準設備空 間坐標轉換為所述圖形離開屏幕的位置的物體空間坐標。
本發明實施例的技術方案具有以下優點，因為採用了對圖形路徑的構建 機制，達到了控制圖形運動路徑，並使該路徑正對攝像機或觀察者的眼睛的 目的。
圖1為現有技術中圖形的路徑構建方法流程圖2為本發明實施例中圖形的路徑構建方法流程圖3為本發明實施中圖形的路徑構建具體實現方式流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式
作進一步詳細描述 如圖2所示，為本發明實施例中圖形的路徑構建方法流程圖，包括以下步 驟
步驟201,設定圖形的路徑方向。
圖形的路徑方向為標準設備空間中的一個三維向量，表示圖形的運動方向。
步驟202,獲取圖形的空間變換坐標。
圖形的空間變換矩陣包括建模變換矩陣、視變換矩陣和投影變換矩陣。 步驟203，計算圖形的路徑距離。
圖形的路徑距離為圖形的初始位置和圖形離開屏幕的位置之間的距離。 步驟204,根據圖形的路徑方向和圖形的路徑距離構建路徑。 在得到圖形的路徑方向和圖形的路徑距離之後，可以確定圖形在每一 時 刻的位置，從而完成對路徑的構建。
如圖3所示，為本發明實施中圖形的路徑構建具體實現方式流程圖，包括以下步驟
步驟301 ，通過建模變換矩陣將物體空間中的圖形放置在世界空間中。 將圖形在物體空間中的坐標乘以建模變換矩陣，即得到圖形在世界空
間中的坐標，圖形也被放置在世界空間中。
步驟302,通過視變換矩陣將世界空間中的圖形放置在眼空間中。 將圖形在世界空間中的坐標乘以視變換矩陣，即得到圖形在眼空間中
的坐標，圖形也被放置在眼空間中。
步驟303，通過投影變換矩陣將眼空間中的圖形放置在剪裁空間中。 將圖形在眼空間中的坐標乘以投影變換矩陣，即得到圖形在剪裁空間
中的坐標，圖形也被放置在剪裁空間中。
步驟304,通過透視除法將剪裁空間中的圖形放置在標準設備空間中。 剪裁空間的坐標是齊次形式〈x,y，z,w〉的，使用透視除法，即用w除x、
y、 z，便可得到圖形在標準設備空間中的坐標，圖形也被放置在標準設備
空間中。
步驟305,通過視圖和深度範圍變換將標準設備空間中的圖形放置在 窗口空間中。
取圖形的標準設備坐標，進行視圖和深度範圍變換後，得到圖形早窗 口空間中的坐標，圖形被放置在窗口空間中，並以圖像的形式顯示輸出。 然而，輸出的圖像是否正對攝像機和觀察者的眼睛，依賴於攝像機和觀察 者的位置，即視變換矩陣。 一旦視變換矩陣改變，輸出的圖像將不再正對 攝像機和觀察者的眼睛。
步驟306,設定圖形的路徑方向。
步驟307，從圖形流水線中獲取空間變換矩陣。
獲取的空間變換矩陣包括建模變換矩陣、視變換矩陣和投影變換矩陣， 建模變換矩陣記為matModel,視變換矩陣記為matView，投影變換矩陣記為 matProj 。
步驟3 08 ，獲取包圍圖形的長方體空間的頂點的物體空間坐標。
包圍圖形的長方體空間的八個頂點構成一個包圍盒，用來描述圖形的大小、朝向等屬性。
步驟309，將包圍圖形的長方體空間的頂點的物體空間坐標轉換為包圍圖 形的長方體空間的頂點的標準設備空間坐標。
根據圖形的空間變換矩陣，可將包圍圖形的長方體空間的頂點的物體空 間坐標轉換為包圍圖形的長方體空間的頂點的標準設備空間坐標，即用包圍 圖形的長方體空間的頂點的物體空間坐標依次乘以matModel、 matView和 matProj,再進行透^L除法，便得到包圍圖形的長方體空間的頂點在標準設備 空間中的坐標，x,y，z的坐標值均在-1和1之間。
步驟310 ，根據路徑方向和包圍圖形的長方體空間的頂點的標準設備空間 坐標計算圖形離開標準設備空間的位置。
先根據路徑方向判斷圖形可能從那個裁減面離開屏幕。路徑方向記為 VecDir (三維向量),分別計算abs ( VecDir[O]) /VecDir
， abs ( VecDir[l]) /VecDir[1]， abs ( VecDir[2])/VecDir[2]，分別記為fX,fY,fZ，是三維向量VecDir 在每個方向上分量的絕對值除以這個分量的值(如這個方向上分量為0,不再 計算這個式子)。上述三個式子(除分母為0的情況)只能是1或-1,如GC，fY,fZ 分別為1， -1, 0，表明圖形可能從x正方向裁剪面，y負方向裁剪面離開屏幕 (z方向分量為O,不可能從z方向的裁剪面離開屏幕)。
取包圍盒一個頂點的坐標，記為VecPos,如下式子(fX-VecPos[O]) /VecDir
, ( fY-VecPos[l] ) /VecDir[1], ( fZ-VecPos[2] ) /VecDir[2]，計算分 母不為0的式子，將最小的值記為Min。
依次取包圍盒的其他頂點，重複上一步的計算，並比較每次計算的結果， 將八個頂點計算結果中的最小值賦給fMinAll.將這個最小值對應的頂點坐標 賦給VecPosMin。
從上述步驟可以知道物體是從哪個裁剪面離開屏幕的(fMinAll對應的式 子的方向，又可以從知道是正方向還是負方向)，可進一步計算這個頂點離開 這個裁剪面的位置，如fMinAll對應x方向，則這個頂點離開裁剪面的位置的 x,y,z坐標為VecDir
/abs(VecDir [O])， fMinAll* VecDir [1]+ VecPosMin [l]， fMinAll* VecDir [2]+ VecPosMin [2])。
7步驟311,將圖形離開標準設備空間的位置的標準設備空間坐標轉換為
該位置在物體空間中的坐標。
記matMVP=matModel*matView*matProj ， 3奪圖形離開才示準i殳備空間的 位置的標準設備空間坐標乘以matMVP的逆矩陣，即得到該位置在物體坐 標系中的坐標。
步驟312,計算圖形的路徑距離。
將圖形離開標準設備空間的位置的物體空間坐標與圖形的初始位置物 體空間坐標(O, 0, O)相減，即得到圖形的路徑距離。
步驟313,根據圖形的路徑方向和路徑距離構建路徑。
根據設定的路徑方向，計算當前幀圖形運動到路徑(物體空間中的) 的位置，記為VecTempPos (三維向量)，(比如我們給定100幀物體沿直線 運動離開屏幕，那第20幀的時候運動到20%的位置)。
得到物體空間中構建的路徑的長度，將前面計算的路徑距離除以這個值， 記為fScale(縮放因子， 一維的)。用VecTempPos乘以fScale (也就是 VecTempPos的x, y, z分量分別乘以fScale)得到一個新的向量，記為 VecTempPos 。再VecTempPos乘以matModel和matView的兩個S走轉頭巨陣的 乘積，得到一個新的向量，將這個向量轉化為建模變換中的平移矩陣。
通過圖形流水線可以看到當前幀的效果，從而完成路徑的構建，控制圖 形在給定的時間內進入或離開屏幕，並正對攝像機或觀察者的眼睛。
本發明實施例的技術方案具有以下優點，因為採用了對圖形路徑的構建 機制，達到了控制圖形運動路徑，並使該路徑正對攝像機或觀察者的眼睛的 目的。
通過以上的實施方式的描述，本領域的技術人員可以清楚地了解到本 發明可藉助軟體加必需的通用硬體平臺的方式來實現，當然也可以通過硬 件，但很多情況下前者是更佳的實施方式。基於這樣的理解，本發明的技 術方案本質上或者說對現有技術做出貢獻的部分可以以軟體產品的形式體
現出來，該計算機軟體產品存儲在一個存儲介質中，包括若干指令用以使 得一臺終端設備(可以是手機，個人計算機，伺服器，或者網絡設備等)執行本發明各個實施例所述的方法。
以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的 普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進
和潤飾，這些改進和潤飾也應^L本發明的保護範圍。
權利要求
1、一種圖形的路徑構建方法，其特徵在於，包括以下步驟設定圖形的路徑方向；獲取所述圖形的空間變換矩陣；根據所述空間變換矩陣計算所述圖形的路徑距離；根據所述圖形的路徑方向和路徑距離構建所述圖形的路徑。
2、 如權利要求1所述路徑構建方法，其特徵在於，所述計算路徑距離之 前5還包括二獲取包圍所述圖形的長方體空間的頂點坐標； 根據所述路徑方向和所述頂點坐標計算所述圖形離開屏幕的位置。
3、 如權利要求2所述路徑構建方法，其特徵在於，所述獲取包圍所述圖 形的長方體空間的頂點坐標，具體包括獲^^包圍所述圖形的長方體空間的頂點的物體空間坐標； 根據所述圖形的空間變換矩陣將包圍所述圖形的長方體空間的頂點的物 體空間坐標轉換為包圍所述圖形的長方體空間的標準設備空間坐標。
4、 如權利要求3所述路徑構建方法，其特徵在於，所述根據路徑方向和 頂點坐標計算所述圖形離開屏幕的位置，具體包括根據所述路徑方向和所述頂點坐標計算所述圖形離開屏幕的位置的標準 i殳備空間坐標；根據所述圖形的空間變換矩陣將所述圖形離開屏幕的位置的標準設備空 間坐標轉換為所述圖形離開屏幕的位置的物體空間坐標。
全文摘要
本發明實施例公開了一種圖形的路徑構建方法，包括以下步驟設定圖形的路徑方向；獲取所述圖形的空間變換矩陣；獲取包圍所述圖形的長方體空間的頂點坐標；根據所述路徑方向和所述頂點坐標計算所述圖形進入或離開屏幕的位置。根據所述空間變換矩陣計算所述圖形的路徑距離；根據所述圖形的路徑方向和路徑距離構建所述圖形的路徑。本發明實施例採用了對圖形路徑的構建機制，達到了控制圖形運動路徑，並使該路徑正對攝像機或觀察者的眼睛的目的。
文檔編號G06T15/70GK101593362SQ20081011270
公開日2009年12月2日 申請日期2008年5月26日 優先權日2008年5月26日
發明者歡 蔡 申請人:新奧特(北京)視頻技術有限公司