一种真实物体表面反射属性采集与建模方法

为了快速获取物体表面反射属性数据和三维几何数据,研制了一套包括相机、光源、三维扫描仪、控制系统等的物体表面反射属性数据采集系统,在此基础上,提出一种单材质物体表面反射属性建模方法.该方法根据物体反射特性对漫反射与镜面反射分别建模,能够逼真地构造出物体表面反射属性模型,并且保证了参数求解的稳定性.最后设计并实现了反射属性模型编辑工具.实验结果表明,利用该编辑工具可以实时、可视地调整模型参数,从而满足用户对反射属性模型编辑的需求.     

基于像素聚类的空间变化表面材质建模

针对空间变化表面材质的反射属性提出了一种基于图像的轻量化建模方法.仅需利用消费级手机,在环境光和点光源下分别对平面材质样本拍摄一幅图像,即可计算重建其表面的双向反射分布函数(svBRDFs)参数图、法向量图、切向量图等材质属性.其中对BRDF参数的拟合采用了一种基于像素聚类的策略,即假定具有相似外观和结构特征的像素属于...     

卫星表面光学反射特性建模与仿真研究

在研究空间相机成像效果探测问题时,针对提高探测相机成像真实效果的需要,研究了卫星表面光学反射特性的建模与仿真方法.利用双向反射分布函数(BRDF)仿真卫星表面的光学反射特性,将卫星表面物理特性与其光学反射特性有机地结合起来.在VC.Net环境下开发卫星表面光学反射特性仿真软件,并将软件集成到空间探测相机成像效果仿真平台上.利用平台进行成像仿真实验,生成真实感仿真图片.仿真结果表明,BRDF能够精确仿真卫星表面的光学反射特性,使成像效果仿真更加准确和逼真.     

物体表面质感模型与绘制综述

综合论述了真实感图形学的主要研究内容之一——物体表面质感。阐明了影响物体表面质感的两个因素:物体表面的光学特性和几何细节。根据光线在物体表面的反射、次表面散射、透射等情况,重点综述了表征物体表面质感的一般模型和具体模型分类。详细分析了具体的BRDF模型、SVBRDF模型、BSSRDF模型、TSVBRDF模型和BTF模型,总结了这几种模型各自的特点、适用范围、绘制效果。展示了真实感表面质感绘制在影视制作、游戏产业、虚拟设计、文化遗产保护等领域的应用情况。最后对真实感表面质感绘制的研究进行了总结和展望。     

液体采集与建模技术综述

在计算机图形学与虚拟现实技术领域中,自然现象的模拟作为一个难点得到了广泛的关注和研究.液体是一种最为常见的自然现象,对此类现象的建模具有极大的应用价值.传统的液体建模方法是基于物理的建模方法,但计算量较大.随着相机等采集设备的发展,出现了基于采集数据的液体建模方法.回顾了近年来国内外在液体采集和建模仿真方面的发展情况和研究进展;分析并总结了针对不同研究对象所采用的建模方法;最后提出液体采集与建模技术研究中存在的挑战及未来发展趋势.     

基于互联网图像集的室外场景建模技术综述

目前在互联网上有海量的室外场景照片,它们不仅内容覆盖面广,对同一场景有大量不同视点和光照条件下的采样,而且获取成本很低.如何利用这些照片中包含的丰富场景信息,快速、方便地构造各种逼真的虚拟场景,是互联网迅猛发展给虚拟现实、计算机图形学和计算机视觉带来的新的研究课题之一.文中分析、总结了近年来国内外互联网图像的真实场景几何建模、自然光照建模和材质反射属性建模的最新研究进展,并对其未来的发展趋势提出了一些看法.     

空间动态可变材质的交互式全局光照明绘制

提出了一种空间动态可变材质的交互式全局光照明绘制算法.如果在绘制过程中允许用户对物体的材质作修改,并且对一个物体的不同部分的材质作不同的修改,则称为空间动态可变材质.由于最终出射的辐射亮度和材质呈非线性关系,因此现有许多交互式全局光照明算法不允许用户修改物体的材质.如果一个物体各部分的材质可以不相同,那么材质对最终的出射的辐射亮度的影响更为复杂,目前没有任何交互式全局光照明绘制算法能够在绘制过程中对一个物体不同部分的材质作不同的修改.将一个空间动态可变材质区域划分成许多子区域来近似模拟,每个子区域内部材质处处相同.光在场景传播过程中可能先后被不同的子区域反射,并以此将最终出射的辐射亮度分为许多部分.用一组基材质来线性表示所有的材质,这组基材质被赋予场景中的所有子区域,从而得到不同的基材质的分布.预计算所有这些基材质分布下的各部分最终出射的辐射亮度.绘制时根据各子区域材质在基材质上的系数组合相应的预计算数据,就能交互式绘制全局光照明效果.     

云的真实感模拟技术综述

云作为自然场景的一种重要组成元素,其形状不规则、物理形成过程复杂,因此很难实现实时绘制,云场景真实感模拟已成为计算机图形学中的热点和难点之一。综述了二十多年来云场景真实感模拟技术的发展情况,分别从云的建模、动态模拟、光照效果模拟等几个方面对该领域的研究进展做了比较深入、全面的分析,介绍了典型方法的基本原理和优缺点。最后对一些具有代表性的模拟方法进行了比较和总结,并对未来发展趋势进行了展望。     

不确定环境中的群体行为建模及仿真研究

提出一种模糊隶属度函数来对个体的不确定运动状况进行建模,进而提出不确定环境中的群体模型,这种基于模糊概念的建模方法不会无谓地牺牲个体的可运动空间,可尽量减少群体行为建模时对个体邻域内其他个体运动状况的约束强度,而不确定群体模型能保证在不确定环境中实现稳定收敛的群体行为,仿真结果表明,通过对个体的运动位置进行模糊处理,有利于在动态不确定环境中保持稳定的群体行为。     

地质结构三维建模及其可视化方法研究

在对前人的研究成果进行了比较分析的基础上提出了一种地质结构三维建模与可视化方法.该方法从多源数据融合角度出发,融合基础地理数据、钻孔数据、物探解译剖面数据,利用空间插值技术构建三维空间数据场,采用三维硬件纹理直接体绘制技术进行体视化,以真三维形式表达了研究区域地层结构的空间分布特征与内部属性信息.与前人研究相比,该方法反映地质结构更加准确,数据场建立速度更快.     

动态非均质半透明物体的实时绘制算法

现有的对半透明物体的绘制算法中大部分都是为均质材质设计的,虽然有少数算法可以绘制非均质材质,但效率不高,为此提出一种图形硬件加速的动态非均质半透明物体的实时绘制算法.首先将模型的采样点组织成八叉树的形式,将双向次表面散射反射函数(BSSRDF)表达绑定为顶点属性,同时充分利用图形硬件的并行性来实现八叉树的快速建立和遍历;然后以树的结点之间的空间距离和材质的相似度为准则提出一种新的采样方法来提高表面积分的效率.由于整个过程不需要任何预计算,因此该算法可以很容易地扩展到动画场景或者变化的材质,并且还可以灵活地选择BSSRDF的表达方式.实验结果表明,文中算法可以达到实时的绘制帧率和良好的视觉效果.     

树的建模技术研究综述与展望

树的建模技术是计算机图形学近年来研究的热点问题之一.侧重从计算机图形学的研究角度,对树的建模技术分别从基于规则的树建模技术、基于草图的树建模技术、基于图像的树建模技术3个方面进行了总结和综述,介绍了近年来提出的典型的树建模方法及最新研究进展,对其中涉及的关键技术进行了总结分析,给出了这些技术的基本思想、局限性和使用范围,并加以分析比较,最后对树的建模技术的未来研究方向给出展望.     

纹理力触觉建模与表达技术研究综述

力触觉再现作为一种新兴的信息传递方式,对提高人机交互的真实感和准确性具有重要意义.纹理的力触觉表达是借助触觉反馈通道反映人与环境交互过程中物体表面凹凸特性.介绍了纹理力触觉表达的研究背景,阐述了纹理力触觉表达系统的基本原理,归纳了纹理力触觉表达的触觉特征提取和建模方法,并对不同类别的建模方法的特点和问题进行了分析,最后给出了纹理力触觉表达技术的未来研究方向和建议.     

半透明物体漫散射效果的实时绘制与材质编辑

半透明物体透明效果的真实感绘制是近年来研究的热点,提出一种针对半透明物体漫散射效果的实时真实感绘制与材质动态编辑方法--基于双向表面散射反射率函数(BSSRDF)的Dipole近似.通过主元分析将Dipole近似中的漫散射材质甬数分解为与形状相关甬数和与半透明材质相关函数的乘积形式;利用该分解表示,在预辐射传输的实时真实感绘制框架下,通过对散射传输的预计算来实现在多种光源环境下对半透明物体材质的实时编辑.此外,还提出一种对预计算辐射传输数据在空域上进行二次小波压缩的方法,利用表面点在空间分布位置的相关性,在保证绘制质量的前提下,大大压缩了数据,提升了绘制效率.实验结果表明,文中方法可以生成具有高度真实感的半透明效果并保证实时的绘制速度.     

路径追踪中出射光线方向的快速采样方法

目的 基于双向反射分布函数的重要性采样方法在渲染物体材质表面时有极佳的拟真度,但采样方式存在复杂和高硬件存储开销的问题。针对上述问题,提出了一种基于权重生成和向量线性插值的采样方法用于解决该问题。方法 在对出射光线方向进行计算时,通过给定的入射光方向、法线方向与物体表面材质光滑度参数,首先计算镜面反射光线方向,再结合余弦与指数函数二者的函数特性生成具有一定分布特征的权重值,并将镜面反射方向与随机生成的漫反射方向进行线性插值,其插值权重即为上述生成的权重值,最后规范化得到具有一定分布特征的新的出射方向。结果 本文基于该快速采样方法,给出了路径追踪渲染算法的一套完整实现,并利用本文算法,从常见各类物体表面中抽取9种进行渲染,将所得实验结果与通过原始双向反射分布函数采样算法所渲染得到的实际结果进行比较,发现利用快速采样算法后渲染速度可提升1.521.99倍,且由于近似所造成的相对误差可控制在8%以内,并将原本用于描述物体表面的34 MB数据量降为仅几个浮点数的数据量,可知上述采样方法既具有极低硬件存储开销的特点,其渲染的图片又能保有较高的拟真度。随着光滑度参数的连续变化,可使得被渲染的物体表面由理想漫反射到理想镜面反射之间均匀过渡,从而统一了漫反射、高光反射与镜面反射三者的采样形式。结论 本文使用简化的出射光方向采样算法替代传统BRDF重要性采样算法,并配套给出基于新采样算法实现的一套完整的路径追踪渲染方法,使得在不失真实度的情况下使得计算机在模拟漫反射、高光反射与镜面反射的形式得以简化与统一。本文方法亦可作为现有诸多采样方法的替代方案,其极低的存储开销优势可用于渲染含有大量不同材质的复杂场景;在渲染一般的粗糙表面、瓷器以及金属等常见各向同性材质时也有较佳的表现力。上述的完整实现方式可以在需要的时候对静态场景做不失真实度的快速渲染。     

利用采样球体提取真实感纹理

提出了一种从真实物体中提取纹理的方法.利用具有复杂纹理的参考球体作为被采样物体,计算其组成材质的BRDF(bidirectional reflectance distribution function)模型参数以及各点由不同材质构成的比例,形成一幅材质权重图.该图作为纹理映射到3D物体上后,配合BRDF模型参数进行渲染,形成一种适用于重光照(relighting)的纹理.被渲染物体可根据自身方位以及光源亮度/方位呈现出自然的光影变化,达到较为逼真的外观效果.