三維對象渲染系統及方法
2023-07-09 07:12:21
專利名稱：三維對象渲染系統及方法
技術領域：
本發明是關於一種三維遊戲開發技術，特別是關於一種可在三維遊戲單元中對遊戲人物的頭部進行渲染作業、並增加人物頭部清晰程度的三維對象渲染系統及方法。
背景技術：
隨著計算機技術日新月異的發展，藉由計算機技術進行設計的水平也上升到前所未有的高度，特別是近年來計算機設計從原先的二維平面發展到三維立體空間，使得計算機設計愈來愈趨向逼真。當前優秀的三維圖像設計更是能將三維設計做到以假亂真的效果。
三維設計的一重要應用領域是遊戲的開發與製作。目前市場上廣受玩家歡迎的計算機遊戲，其取勝的重要因素即是場景效果的豐富及遊戲人物的逼真程度。玩家渴望在遊戲中獲得身臨其境的感受。遊戲開發設計者則更注重遊戲場景及遊戲人物的設計，因此三維圖像設計的工作成果直接成為遊戲成功與否的關鍵因素。一般而言，多數玩家在進行遊戲時注意力主要是放在遊戲整體，因而視覺整體的設計尤顯重要。
目前三維圖像設計普遍採用一種切面設計方法，也就是對人物整體各個角度的切面都需要進行設計。採用這種方法設計的人物或場景必須具備大量的切面設計圖，數量龐大的切面圖使得計算機在進行遊戲效果顯示渲染時增加了極大困難，且由於計算機顯示卡對於同一屏幕上渲染顯示的畫面有數量上限制。僅就遊戲人物頭部來說，若單純由三維設計中的切面圖技術完成設計，為了達到逼真的效果，至少需要上百個不同角度的切面圖，如此龐大的數字對於遊戲整體效果的影響不可小覷；此外，頭部切面圖數量的增加也更意味著設計者必須在其它設計上減少切面圖數量，以使切面圖的總數低於計算機顯示卡渲染顯示面的上限，以避免遊戲在渲染顯示時超過顯示卡渲染的上限而影響遊戲速度及效果，這對於整體遊戲效果極為不利。一般而言，遊戲玩家並非集中於遊戲人物的頭部，通常會看重遊戲的整體效果。因此，如何提供一種三維對象渲染系統及方法，能夠克服上述現有技術可能造成的顯示卡渲染瓶頸又能使整體遊戲的效果更佳，成為業界亟待解決的重要問題。
發明內容
為克服上述現有技術的缺點，本發明的主要目的在於提供一種僅需使用單一畫面即可實現三維人物頭部渲染工作的三維對象渲染系統及方法，可減少人物建模時使用的圖像數量，減少顯示卡在進行渲染作業時到達瓶頸的可能性。
本發明的另一目的在於提供一種可減輕三維圖像設計者在進行人物建模時的工作量，進而提高設計三維人物的建模效率的三維對象渲染系統及方法。
為達上述目的，本發明的三維對象渲染系統應用在一三維遊戲單元中，對遊戲人物的頭部進行渲染，該系統至少包括貼圖儲存模塊，儲存多個預先設計出的遊戲人物頭部貼圖組、並建立貼圖編號；參數獲取模塊，獲取遊戲進行中人物運動方向及視覺方向的個別向量(Vector)；角度計算模塊，依據該參數獲取模塊所獲取的向量計算出一角度參數，並輸出一選圖信息；判斷模塊，依據該選圖信息判斷需要從該貼圖儲存模塊中，選定的頭部貼圖編號；以及渲染模塊，對選定頭部貼圖編號的頭部貼圖並進行人物渲染作業。
本發明的方法是通過三維對象渲染系統應用在三維遊戲單元中，該方法包括1)首先針對各個遊戲人物頭部建立多角度貼圖組，並儲存到該渲染系統中，並同時建立貼圖編號；2)令該渲染系統在遊戲進行中取得人物運動方向及視覺方向個別的向量；3)令該渲染系統依據該向量計算出一對應的角度參數，並輸出一選圖信息；4)令該渲染系統依據該選圖信息判斷需要選定的頭部貼圖編號；以及5)令該渲染系統選取與頭部貼圖編號對應的頭部貼圖，執行人物渲染作業。
與現有的遊戲人物頭部渲染技術相比，本發明的三維對象渲染系統及方法僅需使用單面圖即可實現人物頭部渲染，故可大幅降低人物建模時所需使用的圖像數量及減少顯示卡在執行渲染作業時容易到達瓶頸的可能性，使人物面部的顯示效果更為精細，進而使得平面圖像設計者能夠分擔三維圖像設計者的工作，減輕三維圖像設計者進行人物建模時的工作量，進而提高設計三維人物時的建模效率。
圖1是一方塊圖，顯示本發明的三維對象渲染系統的基本結構示意情形；圖2是一遊戲設計者預先繪製的頭部貼圖標意圖；圖3是一流程圖，顯示本發明的三維對象渲染方法的實行程序；以及圖4顯示計算選圖信息的示意圖。
具體實施例方式
實施例圖1是一方塊圖，顯示本發明的三維對象渲染系統的基本結構示意情形。如圖1所示，本發明的三維對象渲染系統1是應用在三維遊戲單元中，對遊戲人物的頭部進行渲染工作，該系統至少包括一貼圖儲存模塊10、參數獲取模塊11、角度計算模塊12、判斷模塊13以及渲染模塊14。其中，該三維遊戲單元中設有多個遊戲人物，在本實施例中，本發明應用在具有一個戰士人物及一個怪獸人物的三維遊戲中。
該貼圖儲存模塊10儲存多個預先設計出的遊戲人物頭部貼圖組，並建立相互對應的貼圖編號。需特別說明的是，對應於上述應用條件，該貼圖儲存模塊10中儲存有與遊戲人物對應的頭部貼圖組，也就是戰士頭部貼圖組101及怪獸頭部貼圖組102，與遊戲人物對應的第一級貼圖編號即設定為fighter1及enemy1，如上述戰士頭部貼圖組101及怪獸頭部貼圖組102中，又各自包括設計者預先繪製的8幅不同角度平面貼圖(如圖2所示)，對應於各個遊戲人物各視覺角度的第二級貼圖編號依次設定為a、b、c、d、e、f、g及h。
該參數獲取模塊11在遊戲進行中取得人物運動方向與視覺方向間的向量。在本實施例中，在遊戲運行時，該參數獲取模塊11自動與遊戲場景中的活動人物(即戰士與怪獸)連接，獲取活動人物實時運動方向及遊戲中仿真玩家視覺拍攝方向的向量值，作為下一步驟的參考數據。
該角度計算模塊12根據該參數獲取模塊11取得的向量值，計算出一角度參數並輸出一選圖信息。在本實施例中，輸出的選圖信息即是依據活動人物的實時運動方向及遊戲中仿真玩家視覺拍攝方向的向量並結合一角度計算公式，得出一對應角度後夾帶輸出。
判斷模塊13，依據該選圖信息判別選定的頭部貼圖編號。在本實施例中，該判斷模塊13是由該角度計算模塊12輸出的選圖信息，判斷當前要進行渲染的人物頭部所對應路徑下某一正確頭部的顯示貼圖，例如fighter1中的g(及圖2所示的205)。
渲染模塊14，按選定的頭部貼圖編號所對應的頭部貼圖進行人物頭部渲染作業。在本實施例中，該渲染模塊14選定的第一級編號是fighter1中的第二級編號g的頭部貼圖，並驅動顯示卡進行渲染工作，使玩家可在遊戲界面上看到當前位置的人物頭部狀態。
圖2是一由遊戲設計者預先繪製的頭部貼圖標意圖。如圖2所示，頭部貼圖組顯示界面20上包括8幅按不同角度繪製的戰士頭部貼圖(編號為fighter1)，該頭部貼圖組顯示界面20是在設計者進行遊戲設計過程中顯示，也可在玩家執行遊戲時，輸出在顯示界面(圖未標)上，也可不予顯示，僅用於後臺處理工作。由圖2可知，該頭部貼圖組顯示界面20除了具有依不同角度繪製的戰士頭部貼圖外，另可包括一視覺角度顯示區，其中，是建立有對應方向的坐標，並以不同顏色標示當前貼圖角度的方向信息。在本實施例中，該頭部貼圖組顯示界面20即是上述該戰士頭部貼圖組101的各角度貼圖顯示，包括正視圖201、背視圖202、左仰視圖203、右俯視圖204、右仰視圖205、左俯視圖206、俯視圖207及仰視圖208，並依次編號為a至h。需特別說明的是，這些人物頭部顯示畫面的數目及選擇是依據遊戲本身及使用者具體要求而定，即貼圖組可包括的貼圖數應不僅限於8幅。當玩家希望有更多角度或更逼真的效果時，可將貼圖數量增加以滿足需要；當玩家相對要求較低或整體場景需要分配更多畫面時，對人物頭部顯示的品質要求較低時，也可在不影響整體效果的基礎上減少頭部貼圖組包括的貼圖數。
圖3是一流程圖，顯示本發明的三維對象渲染方法的實行程序，以下配合圖1及圖2詳細說明本發明方法的運作流程。
在步驟S1中，預先針對各個遊戲人物頭部建立多角度貼圖組，並儲存至貼圖儲存模塊10，同時建立貼圖編號。在本實施例中，分別建立一戰士頭部貼圖組101及怪獸頭部貼圖組102，並建立第一級編號為fighter1及enemy1以及各自8幅不同角度平面貼圖，同時建立第二級編號為a、b、c、d、e、f、g及h。接著，執行步驟S2。
在步驟S2中，提供該參數獲取模塊11實時獲取的遊戲進行中人物運動方向及攝像機方向的向量，並連接至當前遊戲人物頭部貼圖組。在本實施例中是設定目前遊戲人物編號為fighter1的戰士，其貼圖組包括如圖2所示的貼圖。接著，執行步驟S3。
在步驟S3中，提供該角度計算模塊12依據該參數獲取模塊11所獲取的向量，計算出一對應的角度參數並輸出一選圖信息。在本實施例中，也就是計算出遊戲人物方向與遊戲中仿真攝像機方向的夾角(如圖4所示)。接著，執行步驟S4。
在步驟S4中，令該判斷模塊13依據該選圖信息判斷所需選定的頭部貼圖編號。在本實施例中，藉由圖4所示的人物拍攝及運動方向個別的向量，判別出目前所需選定的頭部貼圖是戰士頭部貼圖組101中第二級編號為e的右仰視圖205。接著，執行步驟S5。
在步驟S5中，令該渲染模塊14選定該頭部貼圖編號所對應的頭部貼圖進行人物頭部渲染作業。在本實施例中是選定第一級編號為fighter1的戰士頭部貼圖組101中第二級編號為e的右仰視圖205，令顯示卡進行渲染作業。
如前所述，不斷重複執行步驟S1至步驟S5，即可提供清晰的人物頭部圖像並顯示正確的角度貼圖。
圖4顯示計算選圖信息的示意圖。
如圖4所示，遊戲人物40的行進是具有一運動方向41，遊戲本身則另具有一仿真攝像機拍攝方向42，接著，該角度計算模塊12即對該兩個方向進行計算，得出一角度參數43。
由上述實施例可知，使用本發明的三維對象渲染系統及方法可用較少數量的頭部平面貼圖代替現有技術龐大數量的切面圖，僅需使用單面即可實現人物頭部的渲染，大幅降低人物建模所需使用的切圖數，進而減少顯示卡在進行渲染作業時達到瓶頸的可能性，並可令2D設計人員能分擔三維圖像設人員的工作量，減輕三維設計人員的繁重工作負擔，使人物面部顯示得以更加精細。
權利要求
1.一種三維對象渲染系統，應用在三維遊戲單元中對遊戲人物頭部進行渲染，其特徵在於，該系統至少包括貼圖儲存模塊，儲存多個預先設計出的遊戲人物頭部貼圖組、並建立貼圖編號；參數獲取模塊，獲取遊戲進行中人物運動方向及視覺方向的個別向量；角度計算模塊，依據該參數獲取模塊所獲取的向量計算出一角度參數，並輸出一選圖信息；判斷模塊，依據該選圖信息判斷需要從該貼圖儲存模塊中，選定的頭部貼圖編號；以及渲染模塊，對選定頭部貼圖編號的頭部貼圖並進行人物渲染作業。
2.如權利要求1所述的三維對象渲染系統，其特徵在於，該三維遊戲單元具有多個遊戲人物。
3.如權利要求2所述的三維對象渲染系統，其特徵在於，這些遊戲人物具有相對應的頭部貼圖組。
4.如權利要求3所述的三維對象渲染系統，其特徵在於，這些頭部貼圖組中另包括多個不同角度對應的人物頭部顯示畫面。
5.如權利要求4所述的三維對象渲染系統，其特徵在於，這些人物頭部顯示畫面的數量及選擇是依據遊戲本身及使用者的具體要求而定的。
6.如權利要求1所述的三維對象渲染系統，其特徵在於，這些貼圖編號至少包括與遊戲人物對應的第一級貼圖編號及對應於該遊戲人物各視覺角度的第二級貼圖編號。
7.如權利要求1所述的三維對象渲染系統，其特徵在於，該視覺方向是由三維遊戲單元本身所組設的攝像機獲取的。
8.一種三維對象渲染方法，應用在三維遊戲單元中，通過三維對象渲染系統對遊戲人物頭部進行渲染作業，其特徵在於，該方法包括1)首先針對各個遊戲人物頭部建立多角度貼圖組，並儲存到該渲染系統中，並同時建立貼圖編號；2)令該渲染系統在遊戲進行中取得人物運動方向及視覺方向個別的向量；3)令該渲染系統依據該向量計算出一對應的角度參數，並輸出一選圖信息；4)令該渲染系統依據該選圖信息判斷需要選定的頭部貼圖編號；以及5)令該渲染系統選取與頭部貼圖編號對應的頭部貼圖，執行人物渲染作業。
9.如權利要求8所述的三維對象渲染方法，其特徵在於，該三維遊戲單元具有多個遊戲人物。
10.如權利要求9所述的三維對象渲染方法，其特徵在於，這些遊戲人物具有相對應的頭部貼圖組。
11.如權利要求10所述的三維對象渲染方法，其特徵在於，這些頭部貼圖組中另包括多個不同角度對應的人物頭部顯示畫面。
12.如權利要求11所述的三維對象渲染方法，其特徵在於，這些人物頭部顯示畫面的數量及選擇是依據遊戲本身及使用者的具體要求而定的。
13.如權利要求8所述的三維對象渲染方法，其特徵在於，這些貼圖編號至少包括與遊戲人物對應的第一級貼圖編號及對應於該遊戲人物各視覺角度的第二級貼圖編號。
14.如權利要求8所述的三維對象渲染方法，其特徵在於，該視覺方向是由遊戲單元本身組設的攝像機獲取的。
全文摘要
本發明是關於一種三維對象渲染系統及方法，適用於三維遊戲單元中，用於對遊戲內容中的人物頭部進行渲染；該系統至少包括貼圖儲存模塊、參數獲取模塊、角度計算模塊、判斷模塊及渲染模塊；該方法針對各遊戲人物頭部建立一多角度貼圖組，並在編號後儲存貼圖，在遊戲運作過程中，提取人物運動方向及視覺方向個別的向量，由角度計算模塊根據提取的向量算出一角度參數，令判斷模塊可按該角度參數判斷所需的頭部貼圖編號，進而確定對應的頭部貼圖，對人物頭部進行渲染作業，由上可降低人物建模時所需使用的圖像數量，令遊戲過程中顯示的人物頭部更加清晰且細緻。
文檔編號G06T15/10GK1801218SQ200410103158
公開日2006年7月12日 申請日期2004年12月31日 優先權日2004年12月31日
發明者邱全成, 葉建華 申請人:英業達股份有限公司