应用薄膜干涉模型进行蝴蝶彩色效果物理绘制

针对当前蝴蝶彩色效果绘制方法的真实感问题,提出一种应用薄膜干涉模型的真实感绘制方法.首先根据蝴蝶表面脊突结构构造多层薄膜模型;然后利用多层薄膜干涉原理模拟光在薄膜内部的多次反射、透射形成的混合散射特性,其中,菲涅尔公式被引入以解释反射或透射波的幅值变化,微表面散射因子被创造性地引入来模拟蝴蝶粗糙表面的各向异性特性;最后通过全波长光谱建模增强干涉效果,在此基础上还将该算法与光线追踪渲染框架相结合,构建了可应用于光线追踪器的波动双向散射分布函数干涉模型,以精确地模拟光的幅值和相位变动.实验结果表明,该模型能够有效地绘制出较为逼真的蝴蝶彩色效果.     

基于微观图像的加工表面3维形貌重建算法研究

切削加工表面由于微观不平度及镜面效应的存在,使得照射其上的光线具有多次散射及后向散射的特性,从而影响了以工件表面图像3维重建形貌的精度。提出了一种基于二向反射分布函数的表面重建算法,构造了以Hapke模型表达的金属切削表面重建方程。该算法以重建方程离散化为手段,计算出光源和物体的倾角和偏角,得到光源和物体的梯度值,最后采用全微分方程对物体表面高度进行恢复。通过对实际切削加工表面图像3维形貌重建结果与触针式测量结果的对比表明,重建形貌粗糙度轮廓贴近实测粗糙度轮廓,证明了本文算法的准确、有效性,为加工表面3维形貌的重建提供了新的思路和方法。     

基于图像的方向透射实时绘制算法

透明材料粗糙表面上多次方向透射可产生独特的视觉效果,但目前对其只能采用蒙特卡罗光线跟踪等离线方法绘制.为此提出一种实现该现象实时绘制的算法.通过将多次方向透射建模为一系列串行滤波器,得出一个多次方向透射的近似解;将该近似解用于预先计算遥远光源的多次方向透射,并将计算结果保存在一系列环境贴图中;这些环境贴图使GPU可以实时绘制透明材料粗糙表面的方向性折射和反射.实验结果表明,该算法在GPU上可以得到实现,并能够获得可信的绘制结果和满足交互应用的帧率.     

视点重要度驱动的自适应光子追踪

针对随机光子追踪方法绘制光照条件困难的场景的效果差、收敛慢问题,提出一种基于视点重要度的自适应光子追踪方法.首先根据场景的视点重要度构造视点重要度图,并基于视点重要度和光子路径可见性来构造新的重要性函数;然后结合自适应马尔科夫链蒙特卡洛方法和分布交换技术采样该函数,以产生新的光子路径;最后设计了一种新的采样分布选择策略,先计算执行分布交换的概率,再根据概率决定生成新路径的采样分布.实验结果表明,该方法能高效地绘制困难光照场景,绘制结果具有较高的质量.     

基于逆向光线跟踪与图像绘制的运动水面反射场景绘制

提出了一种结合图像绘制和逆向光线跟踪的绘制算法来生成水面反射场景。首先,采用逆向光线跟踪方法获得视点所见水面反射场景点;然后在反射光线与场景相交点求解时,采用场景图像平面搜索,并将搜索到的图像平面象素点反向投影到观察坐标系求取光线与场景物体相交点以获取反射物颜色;最后按照Fresnel公式计算获得视点所见的水面上某点的颜色,通过对整个图像平面进行遍历,获得水面反射场景。使用该方法绘制的水面反射场景能够物理真实地模拟水面反射效果。对于波动水面附近或漂浮于水面上物体的反射场景,该方法较其它方法能够更好地获得物理真实的绘制结果。     

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.     

辐射度场景中双向纹理函数表面的绘制

双向纹理函数(BTF)表面一般采用点采样数据来定义表面的光照属性,因而这类表面很难运用基于面片分割的辐射度方法进行绘制,提出一种将辐射度算法扩展到包括BTF表面场景的有效方法.对表面的BTF样本区域首先进行像素聚类,再在各个像素类内对视线采样方向做进一步自适应的聚类,在各个视线类内像素分别拟合一个低频光照甬数,并求它们在各个视线类内光照细节的高频光照函数.低频光照函数作为该表面区域的平均反射属性参与辐射度计算,生成场景的整体光照效果;然后利用计算的辐射度值和高频光照函数重建该表面区域的BTF材质细节.文中方法不仅取得了较高的压缩效率,而且在BTF材质表面产生了辉映等全局光照效果.最后利用硬件实现了视点快速改变时的场景绘制.     

基于样本的微平面合成在轻薄透明材质表观建模中的应用

轻薄透明材质的折射现象在生活中很常见,为获得高质量的绘制效果,使用现有的表观建模方法需采集大量数据,为此提出一种数据处理的方法.使用照相机从一个固定角度对材质样本进行拍摄后,使用微平面合成方法为每一个表面点处的法向量分布函数(NDF)片段寻找与之形态相同而朝向不同的数据来补全当前NDF,得到具有较多细节的完整的双向传输...     

真实感眩光效果实时绘制

针对现有眩光效果绘制方法的真实感和速度问题,提出一种基于GPU的真实感眩光效果绘制方法.首先根据光圈和镜头生成带有随机镜头噪声的二维衍射光栅图像;其次考虑夫琅禾费和菲涅耳2种不同的衍射效果,利用预存算法系数的快速傅里叶变换模拟衍射效果的光学过程,并通过衍射效果的光谱模型实现真实感绘制,同时利用2个独立的一维高斯卷积核加速实现bloom效果;再通过随机小角度旋转和混合操作进行真实感增强;最后采用实时光线跟踪渲染框架,在三维场景中实现了真实感眩光效果的实时绘制.该方法的主要步骤采用CUDA实现,充分利用了GPU强大的并行计算能力并兼顾考虑存储器优化策略.实验结果表明,文中方法绘制结果具有较强的真实感和实时性.     

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。