三维渲染二维光影的方法

技术领域

本发明涉及一种三维渲染二维光影的方法。

背景技术

三维是按照物理的原理来模拟真实环境，阴影过度柔和，光影结构复杂。

二维是高度概括三维光影表象，用简洁光阴和结构高度还原二维的光影。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维渲染二维光影的方法，能够解决了在三维光影中是按照物理的原理来模拟真实环境，阴影过度柔和，投影紊乱，结构不清晰的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种三维渲染二维光影的方法，包括：

1)以物体中心为原点使物体的顶点法线和球状辐射的方向一致；

2)在已有的顶点法线基础上进行法线向量的加法，减法和乘法叠加操作；

3)提取复制对象的面法线向量，然后在被复制对象顶点中寻找到复制对象的面的重心距离点最短的顶点，复制被复制对象的面法线向量到所述顶点法线上；

4)利用纵向和横向的各异性，使用高阶函数2次求导的归零性，实现在纵向和横向上的法线向量的变化，具有平滑和连续的特性。

进一步的，在上述方法中，以物体中心为原点使物体的顶点法线和球状辐射的方向一致，包括：利用向量的方向性，使原始顶点法线向量和球形法线向量之间，产生一个连续的平滑的法线向量渐变，其中，法线向量的变化的大小，由权重值即球形化值决定。

进一步的，在上述方法中，利用向量的方向性，使原始顶点法线向量和球形法线向量之间，产生一个连续的平滑的法线向量渐变，其中，法线向量的变化的大小，由权重值即球形化值决定，包括：用顶点的坐标减去物体中心坐标，形成一向量值，并对此向量值做归一化，然后将归一化后的向量值复制给顶点的法线，然后基于每一权重值，算出偏移值，在原始顶点法线之上进行叠加，形成基于权重值的球形化顶点法线。

进一步的，在上述方法中，在已有的顶点法线基础上进行法线向量的加法，减法和乘法叠加操作，包括：使用三维仿射方程，对已有的顶点法线进行转换计算，在通过权重值得到偏移量，以参数的形式保留，同时完成加法减法乘法计算。

进一步的，在上述方法中，使用三维仿射方程，对已有的顶点法线进行转换计算，再通过权重值得到偏移量，以参数的形式保留，同时完成加法减法乘法计算，包括：使用三维仿射加法矩阵和三维仿射乘法矩阵，对原始法线向量进行线性计算，再通过权重值得到偏移量，以参数的形式保留，同时完成加法减法乘法计算。

进一步的，在上述方法中，提取复制对象的面法线向量，然后在被复制对象顶点中寻找到复制对象的面的重心点距离最短的顶点，复制被复制对象的面法线向量到所述顶点法线上，包括：复制对象的面法线向量及其三角面的重心点，计算被复制对象顶点的每一顶点到重心点的距离，如拥有多个顶点，利用最小2乘法获取最优顶点，将被复制对象的面法线向量复制到顶点法线上。

进一步的，在上述方法中，利用纵向和横向的各异性，使用高阶函数2次求导的归零性，实现在纵向和横向上的法线向量的变化，具有平滑和连续的特性，包括：在纵向和横向的顶点上，按贝赛尔样条曲线均分法线偏移量，再叠加纵向和横向的纵分量和横分量，得到平滑值。

进一步的，在上述方法中，在纵向和横向的顶点上，按贝赛尔样条曲线均分法线偏移量，再叠加纵向和横向的纵分量和横分量，得到平滑值，包括：在纵向和横向上，分别得到2组向量值列表，并按照贝赛尔样条曲线在纵向和横向上，均分法线纵分量和横分量，然后对同一顶点法线的纵分量和横分量进行加法计算，得到最终平滑法线。

与现有技术相比，本发明中，通过对二维和三维的深入研究发现，要在三维中实现二维的光影效果，必须对模型的法线和材质加以控制，通过深入研究二维的光影有关系，总结出法线与光影的关系，使二维光影是结构清晰平滑的，而且光影具有色彩多样性，解决了在三维光影中是按照物理的原理来模拟真实环境，阴影过度柔和，投影紊乱，结构不清晰的问题，本发明利用三维软件能提高效率、节约成本、对个人易上手等特点，在三维软件中一个模型、一套动作都可以反复的去使作，在传统二维中很难做到。

附图说明

图1是本发明一实施例的三维渲染二维光影的方法的流程图；

图2是本发明一实施例的拿到的文件光影图；

图3是本发明一实施例的给模型上四层颜色的材质图；

图4是本发明一实施例的模型法线参数图；

图5是本发明一实施例的模型法线结果图；

图6a、6b和6c是本发明一实施例的参数图；

图7是本发明一实施例的结果图；

图8a、8b和8c是本发明一实施例的细节调整参数图；

图9是本发明一实施例的细节调整结果图；

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1所示，本发明提供一种三维渲染二维光影的方法，包括：

步骤S1，以物体中心为原点使物体的顶点法线和球状辐射的方向一致；在此，本步骤是法线球形化的过程；

步骤S2，在已有的顶点法线基础上进行法线向量的加法，减法和乘法叠加操作；在此，本步骤是法线加法乘法的过程；

步骤S3，提取复制对象的面法线向量，然后在被复制对象顶点中寻找到复制对象的面的重心距离点最短的顶点，复制被复制对象的面法线向量到所述顶点法线上；在此，本步骤是法线复制的过程；

步骤S4，利用纵向和横向的各异性，使用高阶函数2次求导的归零性，实现在纵向和横向上的法线向量的变化，具有平滑和连续的特性。在此，本步骤是法线平滑的过程；本发明中，通过对二维和三维的深入研究发现，要在三维中实现二维的光影效果，必须对模型的法线和材质加以控制，通过深入研究二维的光影有关系，总结出法线与光影的关系，使二维光影是结构清晰平滑的，而且光影具有色彩多样性，解决了在三维光影中是按照物理的原理来模拟真实环境，阴影过度柔和，投影紊乱，结构不清晰的问题，本发明利用三维软件能提高效率、节约成本、对个人易上手等特点，在三维软件中一个模型、一套动作都可以反复的去使作，在传统二维中很难做到。

本发明一实施例中，步骤S1，以物体中心为原点使物体的顶点法线和球状辐射的方向一致，包括：

利用向量的方向性，使原始顶点法线向量和球形法线向量之间，产生一个连续的平滑的法线向量渐变，其中，法线向量的变化的大小，由权重值即球形化值决定。

本发明一实施例中，利用向量的方向性，使原始顶点法线向量和球形法线向量之间，产生一个连续的平滑的法线向量渐变，其中，法线向量的变化的大小，由权重值即球形化值决定，包括：

用顶点的坐标减去物体中心坐标，形成一向量值，并对此向量值做归一化，然后将归一化后的向量值复制给顶点的法线，然后基于每一权重值，算出偏移值，在原始顶点法线之上进行叠加，形成基于权重值的球形化顶点法线。

本发明一实施例中，步骤S2，在已有的顶点法线基础上进行法线向量的加法，减法和乘法叠加操作，包括：

使用三维仿射方程，对已有的顶点法线进行转换计算，在通过权重值得到偏移量，以参数的形式保留，同时完成加法减法乘法计算。在此，计算的偏移值可以随时撤销其对原始法线向量的影响，从而可以实现对原始法线向量的修正的可控性。

本发明一实施例中，使用三维仿射方程，对已有的顶点法线进行转换计算，再通过权重值得到偏移量，以参数的形式保留，同时完成加法减法乘法计算，包括：

使用三维仿射加法矩阵和三维仿射乘法矩阵，对原始法线向量进行线性计算，再通过权重值得到偏移量，以参数的形式保留，同时完成加法减法乘法计算。在此，计算的偏移值，并且可以随时撤销其对原始法线向量的影响。

本发明一实施例中，步骤S3，提取复制对象的面法线向量，然后在被复制对象顶点中寻找到复制对象的面的重心点距离最短的顶点，复制被复制对象的面法线向量到所述顶点法线上，包括：

复制对象的面法线向量及其三角面的重心点，计算被复制对象顶点的每一顶点到重心点的距离，如拥有多个顶点，利用最小2乘法获取最优顶点，将被复制对象的面法线向量复制到顶点法线上。

本发明一实施例中，利用纵向和横向的各异性，使用高阶函数2次求导的归零性，实现在纵向和横向上的法线向量的变化，具有平滑和连续的特性，包括：

在纵向和横向的顶点上，按贝赛尔样条曲线均分法线偏移量，再叠加纵向和横向的纵分量和横分量，得到平滑值。

本发明一实施例中，在纵向和横向的顶点上，按贝赛尔样条曲线均分法线偏移量，再叠加纵向和横向的纵分量和横分量，得到平滑值，包括：

在纵向和横向上，分别得到2组向量值列表，并按照贝赛尔样条曲线在纵向和横向上，均分法线纵分量和横分量，然后对同一顶点法线的纵分量和横分量进行加法计算，得到最终平滑法线。

详细的，本发明一具体的应用实例包括如下步骤：

首先拿到的文件光影如图2所示；

如图3所示，给模型上四层颜色的材质；

用法线工具调整模型法线的球化、加减以及乘除，尽量达到一个比较平滑及有结构的光影效果，模型法线参数如图4所示，模型法线结果如图5所示；

大致调整材质球色块的偏移位置，达到出结构的状态，参数如图6a、6b和6c所示，结果如图7所示；

增加高光并调整高光位置，调整局部色块位置，最终细节调整参数如图8a、8b和8c所示，结果如图9所示。

综上所述，为了在传统材质中，能够实时显示的材质更加的少，本发明开发出一个即可以实时显示，又可以软件渲染的多任务二维材质，本发明通过法线对光影的控制力，通过材质实现二维光影的层次感，通过材质实现三维软件的实时显示，通过三维解决传统二维产量低下，通过对模型法线和材质的控制，实现在三维软件中渲染出二维的效果。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。