你没见过的动漫场景

(PBR:清晨的太阳渲染效果图,图源:Mapmost SDK for UE)

(NPR:原神角色效果图,图源:百度图片)

在计算机图形学中,有两大渲染方向,一种是常见的PBR(基于物理渲染),一种是NPR(非真实感渲染)。PBR,以其对光线物理特性的精准模拟,让每一寸材质都仿佛能呼吸,每个反射都能讲述故事的温度与深度。而NPR,则是艺术家笔触下自由灵魂的释放,它打破物理法则的枷锁,以线条、色彩、质感的创新表达,构建出一个又一个风格化的异想世界。

在GIS领域,很多公司都在尝试走PBR(基于物理渲染)的路线,尝试把场景渲染的与现实场景匹配,就比如都在使用UE引擎做数字孪生场景,上图就是园测信息科技股份有限公司的智慧城市研究院基于UE引擎开发的Mapmost SDK for UE引擎渲染效果图。该公司除了有基于UE研发的数字孪生引擎还有基于WebGL研发的Mapmost SDK for WebGL,并且在NPR(非真实感渲染)方向做了多种尝试,比如水墨风、素描风以及动漫风等。

(暗色系动漫风,图源:Mapmost SDK for WebGL)

(水墨风,图源:Mapmost SDK for WebGL)

关键技术:

通常引擎的渲染管线都是基于PBR实现的,所以无法通过渲染管线出来的颜色无法做到直接渲染出动漫颜色,这时就要用到LUT(颜色查找表)。

(颜色查找表示意图,图源:https://zhuanlan.zhihu.com/p/623210058

LUT(‌Look-Up Table)‌渲染是一种图像处理技术,‌通常以.CUBE后缀的文件存储,它通过查找表的方式快速进行颜色校正、‌颜色分级或色彩空间的转换。‌LUT的应用广泛,‌包括但不限于3D渲染、‌视频处理、‌游戏开发等领域。‌

(LUT效果对比图,图源:百度图片)

下面是小编对LUT的几点总结:

  1. 颜色空间映射:LUT通常用于在不同的颜色空间之间进行转换,比如将一个色彩空间(如sRGB)的值映射到另一个色彩空间(如DCI-P3),以确保内容在不同显示设备上的颜色表现一致。
  2. 预设效果:在影视后期制作中,LUT常用来应用特定的色彩分级或调色预设。例如,一个“日落暖调”LUT可以接收标准色彩输入,然后输出调整为带有暖色调的色彩,无需逐帧调整。
  3. 3D LUT:最常用的LUT类型是3D LUT,因为它能处理红、绿、蓝三个通道的色彩变换,形成一个三维的颜色映射关系。这意味着对于输入的每一个RGB值,LUT都会查找并返回一个对应的新RGB值,实现色彩的精细调整。
  4. 效率与一致性:相比实时计算色彩转换,使用LUT可以大幅度提高处理速度,尤其是在处理高分辨率视频或大量图像时。同时,同一LUT应用于不同素材上可确保色彩处理的一致性。
  5. 创建与应用:LUT可以通过专业软件根据具体需求创建,一旦生成,就可以在各种支持LUT的设备和软件中重复使用,便于跨平台同步色彩设置。
  6. 简单快捷:使用PS软件即可生产.CUBE文件,
  7. 风格多样化:一个LUT文件切换即可实现一种风格

这里给大家安利一个GIS引擎:Mapmost SDK for WebGL,该引擎在多种场景风格以及多种数据源支持上做了多种支持,目前GIS行业,Mapmost SDK for WebGL是网页端唯一支持LUT的引擎。

(亮色系动漫风,图源:Mapmost SDK for WebGL)


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<think>好的,我现在需要回答用户关于场景图技术在计算机图形学中的应用和实现的问题。首先,我得回忆一下场景图的基本概念。场景图应该是一种数据结构,用来组织和管理3D场景中的对象,比如模型、灯光、摄像机等,对吧?可能类似于树状结构,方便进行层次化管理和渲染优化。 接下来,应用方面,用户提到参考了GCN在图形学中的应用,比如光照不足的场景生成更逼真的图形。场景图可能在这里用于高效管理场景中的各个元素,比如将不同的物体、光源节点组织起来,方便进行全局光照计算或者动态调整。比如虚拟现实中,场景图可以管理复杂的交互元素,提升渲染效率。 然后是实现部分。场景图的实现通常需要节点类型,比如变换节点、几何节点、灯光节点等。每个节点可能有子节点,形成层次结构。例如,一个汽车的场景图中,车轮作为车身节点的子节点,这样移动车身时车轮也会跟着移动。渲染遍历时,需要从根节点开始递归处理,应用变换矩阵,更新状态如材质、纹理,最后绘制几何体。优化技术方面,可能会用到空间分割算法,比如八叉树或BVH,来加速渲染,或者进行视锥剔除,减少不可见物体的绘制。 还要考虑用户提供的引用内容,引用[1]提到GCN生成逼真图形,可能场景图在这里作为数据组织的基础结构,帮助GCN高效处理场景元素。引用[2]讨论虚拟现实中的计算机图形学应用,场景图在这里可能用于管理虚拟环境中的动态对象,支持实时交互和高效渲染。 可能需要验证一下场景图的常见实现方式,比如在OpenSceneGraph或Unity中的场景图结构,是否采用父-子节点和变换继承。另外,优化技术方面,视锥剔除和层次细节(LOD)也是常见的方法,确保场景图在不同硬件上的性能。 最后,生成相关问题时要围绕场景图的扩展应用、实现挑战、与AI结合、性能优化等方向,确保问题有针对性,帮助用户深入理解。</think>### 场景图技术及其在计算机图形学中的应用与实现 #### 1. **场景图技术的定义与核心作用** 场景图(Scene Graph)是一种层次化的数据结构,用于组织和管理3D场景中的对象(如模型、光源、摄像机等)。其核心作用包括: - **层次化组织**:通过父子节点关系管理对象,例如机器人手臂的关节层级结构[^1]。 - **状态继承**:子节点自动继承父节点的变换(平移、旋转、缩放),简化复杂动画的实现。 - **高效渲染优化**:支持视锥剔除(Frustum Culling)、细节层次(LOD)等优化技术[^2]。 #### 2. **应用场景** 场景图技术广泛应用于以下领域: - **虚拟现实(VR)**:管理动态交互对象(如虚拟教室中的可移动桌椅),支持实时更新与渲染[^2]。 - **游戏引擎**:在Unity或Unreal Engine中,场景图用于管理角色、地形、特效等元素的依赖关系。 - **工业设计**:构建复杂机械装配体的层级模型,实现联动动画(如齿轮传动系统)。 #### 3. **实现方法** 典型的场景图实现包含以下关键组件: ```python class SceneNode: def __init__(self): self.children = [] # 子节点列表 self.transform = Matrix4x4.identity() # 局部变换矩阵 self.geometry = None # 几何数据(网格、材质等) def add_child(self, node): self.children.append(node) def update(self, parent_transform): global_transform = parent_transform * self.transform for child in self.children: child.update(global_transform) # 递归更新子节点全局变换 ``` - **节点类型**: - **变换节点**(TransformNode):定义局部坐标系变换。 - **几何节点**(GeometryNode):绑定网格数据与材质。 - **光源节点**(LightNode):管理光照属性(如点光源、聚光灯)。 - **渲染流程**: 1. 从根节点开始深度优先遍历。 2. 累积变换矩阵至当前节点。 3. 执行视锥剔除:若物体在摄像机视野外则跳过绘制。 4. 提交几何数据到GPU进行渲染。 #### 4. **优化技术** - **空间分割**:使用八叉树(Octree)或BVH(Bounding Volume Hierarchy)加速光线追踪。 - **实例化渲染**:对重复对象(如树木、岩石)共享几何数据,减少显存占用。 - **异步加载**:动态加载/卸载场景子图,支持开放世界游戏的大规模场景。 #### 5. **与AI技术的结合** - **动态场景生成**:结合GCN(图卷积网络)预测场景元素的合理布局(如城市交通模拟)。 - **自动化LOD调整**:使用强化学习动态优化不同距离下的模型细节等级。 ---
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