真實物體表面屬性建模與繪制技術(shù)研究

該項目研究現(xiàn)實世界中不透明物體表面反射屬性獲取、建模和繪制的理論方法和關(guān)鍵技術(shù)，對促進(jìn)真實感屬性建模在數(shù)字化技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。主要研究內(nèi)容包括：研究不透明物體表面反射屬性獲取方法，構(gòu)建拍攝環(huán)境，解決室內(nèi)已知和室外未知光照條件下物體反射屬性獲取問題；研究描述物體表面反射屬性的雙向反射函數(shù)(BRDF)建模方法，建立BRDF模型的非線性優(yōu)化求解方法；研究動態(tài)聚類方法，對同一物體表面的多種材質(zhì)自動分類，求解空間變化的BRDF(SVBRDF)模型；將屬性信息壓縮與幾何信息壓縮結(jié)合起來，研究BRDF數(shù)據(jù)壓縮算法；研究SVBRDF實時編輯方法和基于GPU的預(yù)計算輻射度傳播全頻光照繪制算法，建立全頻光照條件下SVBRDF實時編輯及繪制的處理框架，為用戶提供直觀方便的BRDF編輯工具，解決全局光照條件下物體表面反射屬性的繪制問題。 2100433B

分層材質(zhì)建模與繪制是目前計算機(jī)圖形領(lǐng)域研究的熱點和難點。由于分層材質(zhì)能夠更精確地描述現(xiàn)實世界中的材質(zhì)，其在圖形繪制中的應(yīng)用可以顯著提高繪制結(jié)果的物理真實感。本項目將從微面元理論的角度研究分層材質(zhì)的建模與繪制技術(shù)，詳細(xì)探討基于微面元理論的材質(zhì)模型中法向分布、Fresnel反射和微面元間陰影遮擋等在擴(kuò)展到處理分層材質(zhì)時的計算方式，著重討論多次內(nèi)反射、層內(nèi)介質(zhì)散射和吸收對次表面反射效果的影響，并基于adding-doubling方法推廣到處理多層分層材質(zhì)。最后，通過在離線繪制引擎和實時繪制場景中的應(yīng)用來驗證本項目提出的分層材質(zhì)模型的有效性和高效性。相比于傳統(tǒng)的分層材質(zhì)模型，基于微面元理論的分層材質(zhì)模型具有高效性、統(tǒng)一性、輕量級以及可擴(kuò)展性等優(yōu)勢。本項目是材質(zhì)建模與繪制方面的基礎(chǔ)性研究工作，具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。

分層材質(zhì)建模與繪制是目前計算機(jī)圖形領(lǐng)域研究的熱點和難點。由于分層材質(zhì)能夠更精確地描述現(xiàn)實世界中的材質(zhì)，其在圖形繪制中的應(yīng)用可以顯著提高繪制結(jié)果的物理真實感。本項目從微面元理論的角度研究分層材質(zhì)的建模與繪制技術(shù)，詳細(xì)探討了基于微面元理論的材質(zhì)模型中法向分布、Fresnel反射和微面元間陰影遮擋等在擴(kuò)展到處理分層材質(zhì)時的計算方式，著重討論多次內(nèi)反射、層內(nèi)介質(zhì)散射和吸收對次表面反射效果的影響。在此基礎(chǔ)上，我們提出了擴(kuò)展法向分布函數(shù)（ENDF）的概念，并采用擴(kuò)展法向分布函數(shù)高效處理次表面反射。針對逆反射材質(zhì)和特效涂料材質(zhì)，我們基于擴(kuò)展微面元理論提出了相應(yīng)的高真實感繪制算法。最后，通過在離線繪制引擎和實時繪制場景中的應(yīng)用驗證了本項目提出的復(fù)雜材質(zhì)建模與繪制方法的有效性和高效性。相比于傳統(tǒng)的模型，基于微面元理論的材質(zhì)模型具有高效性、統(tǒng)一性、輕量級以及可擴(kuò)展性等優(yōu)勢。本項目是材質(zhì)建模與繪制方面的基礎(chǔ)性研究工作，具有重要的學(xué)術(shù)意義和應(yīng)用價值。

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