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高效、低功耗、轻量级Web3D引擎
发布时间:2015-03-25 丨 阅读次数:

目前主流云渲染将所有的渲染工作均放在服务器端进行,形成场景图片序列传递给手机或网页客户端进行流媒体在线展示。如果考虑1080P的显示效果,这样为了保证客户端展示的实时性,每秒要保证至少30帧的传输速度,那么至少需要百兆带宽。这种模式具有高计算消耗(所有渲染计算都由云服务器进行)、高成本(用户数量多、渲染任务请求密集)、高传输带宽消耗(所有渲染结果都都要穿过互联网到达客户端)、客户端(尤其是渲染)资源利用率低等不利特点,而移动互联网则呼唤高效率、低成本、低功耗、轻量级的在线渲染技术。

我们团队提出将直接光照和间接光照分离,充分利用前端的渲染能力,后端则只提供少量的间接光照信息的解决方案,并初步实现了基于云烘培的轻量级Web3D在线渲染原型。在我们的框架中,云服务器只是将间接光照信息烘焙成一张贴图(计算强度和计算量都大大降低),传输到(移动)Web端(网络传输的数据量与频率也相应大大降低),Web端复杂直接光照信息计算并将服务器传过来的间接光照贴图在线混合(Blending),从而达到在移动网页端进行轻、快、真、美的轻量级渲染计算。

整个架构主要由四部分组成,包含资源服务器、云烘焙服务器、Web服务器、Web3D直接光照渲染引擎。首先,把通过场景编辑得到的3D场景资源进行预处理,这部分工作主要将场景进行分区和分块,便于后续大规模场景的加载与绘制;得到的场景资源经由资源服务器提供给云渲染服务器和Web服务器;前端则通过Web3D渲染引擎按一定场景结构,对从Web服务器上获取的大规模场景进行展示,同时融合云渲染服务器传递的间接光照信息,优化显示效果,为多种前端应用,如在线家居、游戏、虚拟购物、场馆展示等,提供技术支撑;云渲染服务器则通过前端传递回来的交互数据进行场景相关信息的更新,如摄像机、光源信息等,实现动态场景渲染。以下列出了各个模块的职责:


(1)    资源服务器:存储经过处理的场景,供Web服务器及云渲染服务器进行资源访问。这里提供了两套3D场景数据,一套原始场景数据,一套是经过一定场景结构组织的场景数据。由于我们使用的测试数据场景规模有限,云渲染端资源限制较少,并未刻意实现分块加载,而是直接对整个场景数据进行了加载,且云渲染间接光照使用的是RSM算法,这是一种基于屏幕空间的算法,渲染的场景规模大小对其效率影响较小。前端渲染引擎由于资源的限制,使用经过分块的场景数据,进行场景的动态加载。

(2)    Web服务器:部署Web服务,包含网站部署、数据库部署等,从资源服务器获取场景数据传递给前端进行展示。

(3)    云烘焙服务器:基于Unity3D进行实现,部署全局光照算法,直接从资源服务器获取场景数据,根据前端传回来的交互数据实时渲染出每帧的间接光照信息,与前端采用WebSocket协议进行光照信息传输。

(4)    Web3D渲染引擎:为前端应用提供3D展示功能。从Web服务器获取场景数据进行直接光照渲染,并融合从云渲染服务器接收的间接光照信息,从而实现全局光照,提供更好展示效果;接收用户交互,并将由此产生的场景变化实时传递到云渲染服务器。

 


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