顶点数据300称为对象坐标，首先会经过 模型视图矩阵301阶段的变换，把对象坐标变换成视点坐标，视点坐标的原点是摄像机的 位置。视点坐标经过投影矩阵302阶段的变换，包括透视、位移和缩放变换三步，将坐标控 件变换为[-1，1]之间的立方体，此时得到的坐标称为裁剪坐标，坐标的z分量称为伪深度。 在投影矩阵阶段的变换，还会进行平面着色或者平滑着色处理，若增加了光照和纹理，还会 实现顶点间像素值的计算。接着是裁剪303阶段，裁剪掉非[-1，1]立方体区域内的图元， 只有在[-1，1]立体区域内的图元对用户是可见的。对可见片断的四元齐次坐标完成透视 除法304操作，得到三元的归一化的设备坐标；再经过窗口变换305转换为屏幕上的坐标。 为了提高对纹理数据的处理效率，例如纹理存储格式在内存与GPU之间的转换，GPU提供了 专用的数据通道。通过GPU渲染管线，三维信息可以实时、高效地转化为二维图像，存储在 GPU中的帧缓冲区中，用于显示器的显示。
[0058] 本实施例所涉及的渲染中的投影变换过程可以采用实施例1的方法，渲染中涉及 的其它过程如模型视图变换、以及后续的合成、显示等处理可以参考常用的相关技术实现， 此处不作详述。
[0059] [实施例3]
[0060]依据本发明的一种实施方式，提供一种立体影像重现方法，包括：
[0061] 创建步骤：创建用于分别存放不同视点的图像数据的至少两个视帧缓冲区；
[0062] 渲染步骤：接收至少两种视点的包含三维图形的数据，对每个视点的数据进行渲 染，该渲染为采用实施例1的双目三维图形渲染方法，将渲染结果存入对应的视帧缓冲区； [0063] 合成步骤：将至少两个视帧缓冲区中的渲染结果进行合成得到立体帧，输出立体 帧。
[0064] 以左视点和右视点两种视点为例，如图5所示，本实施例的立体影像重现方法。首 先读取3D显示器的属性信息，包括显示器的长、宽、分辨率、类型（比如左右并列或者上下 并列等）等信息；初始化处理器内存中左右视点的缓冲区，把两个缓冲区清空；设置GPU渲 染管线中左视点，把两个缓冲区清空；设置GPU渲染管线中左视点的投影矩阵和模型视图 矩阵；渲染整个场景，将结果存储进左缓冲区中；设置GPU渲染管线中右视点的投影矩阵和 模型视图矩阵；渲染整个场景，将渲染结果存储进右缓冲区中；根据3D显示器类型，把左右 视帧进行格式转换或合成，再拷贝到帧缓冲区中；最后，双目3D视帧会呈现到3D显示器上。 [0065] 本实施例所涉及的渲染中的投影变换过程可以采用实施例1的方法，渲染中涉及 的其它过程如模型视图变换、以及后续的合成、显示等处理可以参考常用的相关技术实现， 此处不作详述。
[0066] 基于上述方法实施例，本发明还提供一种立体影像重现系统，包括：
[0067] 创建模块，用于创建用于分别存放不同视点的图像数据的至少两个视帧缓冲区； [0068] 渲染模块，用于接收至少两种视点的包含三维图形的数据，对每个视点的数据进 行渲染，所述渲染为采用前述实施例的双目三维图形渲染方法，将渲染结果存入对应的视 帧缓冲区；
[0069] 合成模块，用于将至少两个视帧缓冲区中的渲染结果进行合成得到立体帧，输出 立体帧。
[0070] 各模块的实现参考前述实施例，此处不作重述。
[0071] 综上，本发明涉及双目3D图形渲染方法及其系统，其基于GPU渲染管线和双目视 差原理，提供一种兼容OpenGL的双目3D渲染方法和系统，能在快门、偏振、裸眼等方式的3D 显示器上显示出立体3D效果，同时兼容传统图形学中的特效渲染算法，如：粒子系统、纹理 着色、阴影等。采用本方法得到的双目3D图形和3D视频一样可呈现具有景深和层次感的 立体3D世界。
[0072] 本发明通过3D显示器呈现出立体3D效果，解决了GPU硬件不支持OpenGL双目3D 渲染API的情况下如何渲染出立体3D效果的问题。所采用的方法是，基于现有的GPU渲染 管线，充分地利用该管线硬件加速的特性，提高处理效率，兼容OpenGL的大部分应用编程 接口，使用已有的OpenGL应用编程接口实时渲染立体3D场景。基于双目视差原理，根据左 右眼的视差和物体的深度，产生不同的左右视帧，最后根据3D显示器的类型，合成一个双 目3D视帧。
[0073] 针对不支持双目3D渲染的GPU(即没提供立体渲染左右视帧缓冲区）硬件平台， 本发明提供的双目3D渲染方法和系统中，需要左右两个视帧（多视点的情况下需要多个视 帧），可以在处理器内存中创建两个视帧缓冲区，一个用于存储左视图，另一个用于存储右 视图；再根据3D显示器的立体3D视帧格式进行合成，本方法还兼容传统图形学中的大部分 特效渲染算法。
[0074] 由顶点、纹理等构造的场景只有一个，可以分两次渲染相同的场景数据，每次渲染 时调整模型视图矩阵和投影矩阵，将两次渲染的结果分别保存进左右视帧缓冲区内，即把 GPU帧缓冲区中的数据拷贝到处理器内存中的视帧缓冲区。在得到左右视帧的图像数据后， 根据3D显示器的类型，将左右视帧合成双目3D视帧；最后，将3D视帧拷贝到GPU上的帧缓 冲区中，并在3D显示器上呈现。所涉及的渲染过程包括：设置左视点的模型视图矩阵和投 影矩阵，渲染场景数据，将帧缓冲区中的数据拷贝到处理器内存的左视帧缓冲区中；设置右 视点的模型视图矩阵和投影矩阵，渲染场景数据，将帧缓冲区中的数据拷贝到处理器内存 的右视帧缓冲区中；根据3D显示器的类型，将两帧数据合成双目3D视帧，发送到GPU上的 帧缓冲区中；最后，渲染到3D显示器上。
[0075] 本领域技术人员可以理解，上述实施方式中各种方法的全部或部分步骤可以通过 程序来指令相关硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包 括：只读存储器、随机存储器、磁盘或光盘等。
[0076] 以上内容是结合具体的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发 明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱 离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换。
【主权项】
1. 一种双目三维图形渲染方法，包括投影变换步骤，其特征在于，所述投影变换步骤包 括：在近平面和远平面之间增加中平面作为投影面，将近平面与远平面之间的图元投影到 中平面上。2. 如权利要求1所述的双目三维图形渲染方法，其特征在于，所述投影变换步骤采用 的投影矩阵为：其中，Mpt表示投影矩阵，M表示中平面与原点的距离，N表示近平面与原点的距离，F表示远平面与原点的距离，=-right, 0表示视角的大小，s表示视点由原点向水平方向上进行的位移量。3. -种立体影像重现方法，其特征在于，包括： 创建步骤：创建用于分别存放不同视点的图像数据的至少两个视帧缓冲区； 渲染步骤：接收至少两种视点的包含三维图形的数据，对每个视点的数据进行渲染，所 述渲染包括使用如权利要求1或2所述的双目三维图形渲染方法，将渲染结果存入对应的 视帧缓冲区； 合成步骤：将所述至少两个视帧缓冲区中的渲染结果进行合成得到立体帧，输出所述 立体帧。4. 如权利要求3所述的立体影像重现方法，其特征在于， 所述创建步骤包括：在内存中创建并初始化左视帧缓冲区和右视帧缓冲区； 所述渲染步骤包括：接收包含三维图形的左视帧的数据，对左视帧的数据进行渲染，将 渲染结果存入所述左视帧缓冲区；接收包含三维图形的右视帧的数据，对右视帧的数据进 行渲染，将渲染结果存入所述右视帧缓冲区； 所述合成步骤包括：将所述左视帧缓冲区中的渲染结果和所述右视帧缓冲区中的渲染 结果进行拼接得到立体帧，将所述立体帧存入图形处理器的帧缓冲区。5. 如权利要求3所述的立体影像重现方法，其特征在于，还包括显示步骤，显示所述立 体帧。6. -种立体影像重现系统，其特征在于，包括： 创建模块，用于创建用于分别存放不同视点的图像数据的至少两个视帧缓冲区； 渲染模块，用于接收至少两种视点的包含三维图形的数据，对每个视点的数据进行渲 染，所述渲染包括使用如权利要求1或2所述的双目三维图形渲染方法，将渲染结果存入对 应的视帧缓冲区； 合成模块，用于将所述至少两个视帧缓冲区中的渲染结果进行合成得到立体帧，输出 所述立体帧。7. 如权利要求6所述的立体影像重现系统，其特征在于，还包括显示模块，用于显示所 述立体帧。8. -种双目三维图形渲染与显示系统，其特征在于，包括： 存储设备，用于保存包含三维图形的数据文件； 处理器，用于对所述存储设备中的数据文件进行解析处理； 处理器内存，用于提供分别存放不同视点的数据的至少两个视帧缓冲区； 图形处理器，用于对所述处理器处理后的数据文件实现三维图形渲染，所述渲染包括 使用如权利要求1或2所述的双目三维图形渲染方法，生成不同视点的视帧； 所述处理器内存还用于存放所述图形处理器生成的不同视点的视帧； 所述处理器还用于对所述不同视点的视帧进行合成，得到立体帧； 三维显示器，用于显示所述立体帧。
【专利摘要】本发明涉及双目三维图形渲染方法及相关系统。方法包括投影变换步骤，所述投影变换步骤包括：在近平面和远平面之间增加中平面作为投影面，将近平面与远平面之间的图元投影到中平面上。本发明通过增加的中平面，将近平面与远平面之间的图元投影到中平面上，则近平面与中平面之间的图元会有出屏的立体效果，中平面与远平面之间的图元会有入屏的立体效果；从而，使得在3D显示设备中使用现有的渲染管线时不需要特别的硬件，就可以渲染“出屏”和“入屏”效果。
【IPC分类】G06F9/50, G06T15/00, G06F9/38
【公开号】CN105224288
【申请号】CN201410302221
【发明人】王文敏, 张建龙, 王荣刚, 董胜富, 王振宇, 李英, 高文
【申请人】北京大学深圳研究生院
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2014年6月27日
【公告号】WO2015196791A1