真实物体表面属性建模与绘制技术研究

该项目研究现实世界中不透明物体表面反射属性获取、建模和绘制的理论方法和关键技术，对促进真实感属性建模在数字化技术领域的应用具有重要的科学意义和应用价值。主要研究内容包括：研究不透明物体表面反射属性获取方法，构建拍摄环境，解决室内已知和室外未知光照条件下物体反射属性获取问题；研究描述物体表面反射属性的双向反射函数(BRDF)建模方法，建立BRDF模型的非线性优化求解方法；研究动态聚类方法，对同一物体表面的多种材质自动分类，求解空间变化的BRDF(SVBRDF)模型；将属性信息压缩与几何信息压缩结合起来，研究BRDF数据压缩算法；研究SVBRDF实时编辑方法和基于GPU的预计算辐射度传播全频光照绘制算法，建立全频光照条件下SVBRDF实时编辑及绘制的处理框架，为用户提供直观方便的BRDF编辑工具，解决全局光照条件下物体表面反射属性的绘制问题。 2100433B

分层材质建模与绘制是目前计算机图形领域研究的热点和难点。由于分层材质能够更精确地描述现实世界中的材质，其在图形绘制中的应用可以显著提高绘制结果的物理真实感。本项目将从微面元理论的角度研究分层材质的建模与绘制技术，详细探讨基于微面元理论的材质模型中法向分布、Fresnel反射和微面元间阴影遮挡等在扩展到处理分层材质时的计算方式，着重讨论多次内反射、层内介质散射和吸收对次表面反射效果的影响，并基于adding-doubling方法推广到处理多层分层材质。最后，通过在离线绘制引擎和实时绘制场景中的应用来验证本项目提出的分层材质模型的有效性和高效性。相比于传统的分层材质模型，基于微面元理论的分层材质模型具有高效性、统一性、轻量级以及可扩展性等优势。本项目是材质建模与绘制方面的基础性研究工作，具有重要的学术意义和应用价值。

分层材质建模与绘制是目前计算机图形领域研究的热点和难点。由于分层材质能够更精确地描述现实世界中的材质，其在图形绘制中的应用可以显著提高绘制结果的物理真实感。本项目从微面元理论的角度研究分层材质的建模与绘制技术，详细探讨了基于微面元理论的材质模型中法向分布、Fresnel反射和微面元间阴影遮挡等在扩展到处理分层材质时的计算方式，着重讨论多次内反射、层内介质散射和吸收对次表面反射效果的影响。在此基础上，我们提出了扩展法向分布函数（ENDF）的概念，并采用扩展法向分布函数高效处理次表面反射。针对逆反射材质和特效涂料材质，我们基于扩展微面元理论提出了相应的高真实感绘制算法。最后，通过在离线绘制引擎和实时绘制场景中的应用验证了本项目提出的复杂材质建模与绘制方法的有效性和高效性。相比于传统的模型，基于微面元理论的材质模型具有高效性、统一性、轻量级以及可扩展性等优势。本项目是材质建模与绘制方面的基础性研究工作，具有重要的学术意义和应用价值。

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