摘要：目前,电影、动漫、游戏等产业对真实感绘制的需求越来越高,而三维场景高度真实感绘制通常需要耗费大量的计算时间和存储空间来计算全局光照,如何在保证绘制质量的前提下提升绘制速度依然是图形学领域面临的核心和热点问题之一.数据驱动的机器学习方法开辟了一种新的研究思路,近年来研究者将多种高度真实感绘制方法映射为机器学习问题,从而大大降低了计算成本.总结分析了近年来基于机器学习的高度真实感绘制方法的研究进展,具体包括:基于机器学习的全局光照优化计算方法、基于深度学习的物理材质建模方法、基于深度学习的参与性介质优化绘制方法、基于机器学习的蒙特卡洛降噪方法等.详细论述了各种绘制方法与机器学习方法的映射思路,归纳总结了网络模型以及训练数据集的构建方式,并在绘制质量、绘制时间、网络能力等多个方面开展了对比分析.最后,本文提出了机器学习和真实感绘制相结合的可能思路和未来展望.

摘要：随着红外热像仪成像分辨率的提高,已能观察越来越多新的目标红外成像特征.为探究航拍海面船只红外尾迹的形成原因和具体成像特征,基于流体动力学和红外物理学原理,提出一种海面船只红外尾迹建模与绘制新算法.首先使用体素化将船体转化为固体粒子,以实现固-液耦合效果模拟;然后提出一种海水垂直面的温度变化模型,以确定液体粒子的初始温度值分布;为模拟海上行驶船只的运动及其场景的红外成像特性变化,提出一种新的结合光滑粒子流体动力学(SPH)模型及海水热传导机制的模型;最后通过红外成像模型,成功绘制出海面船只的红外尾迹场景特征图像.文中所提出的海水热传导机制SPH模型除了能模拟船只尾迹的几何形状变化外,还能求得尾迹区域海水的红外物理特征变化,并从实验模拟的角度证明了红外尾迹的成像原因.该算法在海面目标的探测与救援、军事上的红外隐身与对抗等领域都有重要的应用价值.

摘要：针对现有镜头重影效果绘制方法存在的光线追踪效率低和绘制效果差的问题,提出一种基于物理的真实感镜头重影效果绘制方法.该方法以精确的相机镜头模型为基础,首先计算镜头入射光瞳的位置和孔径,并利用入射光瞳进行初始光线采样来减少无效光线数量,提高光线追踪效率;其次采用确定序列光谱光线追踪方法绘制重影的色差,并考虑了孔径光阑形状、镜头镀膜以及镜头遮挡对镜头重影的影响;最后将镜头重影绘制与光线追踪绘制框架融合,构成镜头重影场景绘制的统一框架,并在三维场景中实现了镜头重影效果的绘制.实验结果表明,文中方法能够有效地模拟具有较强真实感的镜头重影效果.

摘要：在一些娱乐以及虚拟现实等应用中需要对现实世界进行真实感地建模和绘制,从而提升自然场景的逼真度,使用户具有更佳的沉浸感.然而,由于树木在形态结构上所具有的复杂性和多样性,给真实感建模和绘制树木带来了诸多挑战.文中回顾了过去几十年中,在树木的枝干、树叶以及树皮的真实感建模和绘制方面所取得的主要成果.首先将树木枝干的建模工作分为四大类进行分析和讨论;然后介绍树叶和树皮在精确几何建模及真实感绘制方面的工作;最后总结这些工作各自的特点及主要适用的场合,并进一步探讨了当前存在的问题及今后的研究方向.

摘要：针对计算机图形学中大规模海浪场景绘制的难题,提出一种实时绘制高真实感海浪的方法.首先提出同心圆网格模型来模拟海浪表面;然后利用基于GPU的快速傅里叶变换方法生成海浪高度图,并模拟了Choppy波,减轻了磁砖效应.分别采用立方体纹理映射、平面反射及Phong镜面反射技术模拟海面对天空、景物、太阳的反射效果,并在海面的折射效果中考虑了海水深度的影响.最后模拟了海浪中的泡沫以及景物在海面上的阴影效果.该方法已成功地应用在航海模拟器中.

摘要：针对传统基于缓冲区机制的道路绘制方法存在的模糊和锯齿问题进行研究,提出基于道路边界alpha-map的真实感道路实时绘制方法。该方法基于规则格网地形模型,通过分析利用缓冲区机制生成的道路模型边界网格的构成及特点,设计道路的边缘表达,并基于此设计3种类型的道路边界alpha-map用以生成具有实际视觉效果的道路边缘。实验表明:该方法能够消除传统方法产生的锯齿和模糊现象,很好的实现道路与地表其它区域的平滑过渡,提高了绘制的真实感。该方法的另一优点在于alpha-map的数量与地形的大小以及道路的长短和宽窄无关。

摘要：把LIC算法应用到非真实感绘制中,提出一种自适应流体艺术图的LIC绘制方法.对源图像亮度分量计算切矢量场,然后对其进行增强、平滑处理获得结构矢量场;通过随机扰动源图像获得纹理参考图像;根据结构矢量场和纹理参考图像的局部特征产生可变的LIC积分步长和步数,自适应地处理纹理参考图像;最后对绘制效果进行颜色渲染,生成具有丰富颜色特征的流体艺术图.实验表明,该方法能够较好地模拟诸如梵高画的流体艺术风格,呈现生动、灵活的波动感.

摘要：全局光照的计算是真实感绘制的重要部分,基于点的全局光照算法(PBGI)是一种高效的全局光照计算方法,虽然该方法绘制质量有偏,但以其快速高效、无噪声而被广泛地应用于影视动漫行业.文中总结了PBGI相关工作,并将其分为更复杂的绘制效果、基于点的绘制优化、基于众核的加速优化和PBGI存储优化4类方法进行对比分析;进一步地,从绘制速度、绘制质量、算法并行度、绘制场景规模和算法实验难度5个方面对上述4类PBGI方法进行对比分析;最后指出该方法目前面临的问题和挑战,为后期的研究提供思路.

摘要：艺术家进行设计时,常常需要一种可以交互地修改模型表面材质的工具.为了在环境光下对模型表面的材质进行实时编辑,提出一种基于预计算辐射传输的算法:首先预计算环境光相对于模型表面每一个顶点的可见性;然后在绘制时实时计算物体表面的双向反射分布函数(BRDF);最后通过查找环境光相对于模型表面每一个顶点的可见性,快速绘制出物体表面材质.实验结果表明,使用该算法,用户可以通过调节BRDF的参数,实现物体表面材质的实时动态编辑,同时支持动态视点和动态环境光.

摘要：阴影效果在计算机图形的真实感显示中非常重要,而阴影图算法又是阴影算法的主流.文中对阴影图算法展开了系统的研究,特别是对该领域近几年的发展进行综述,从阴影图数量、参数化和内容三个方面总结归纳了各类阴影图算法的基本思想、特点及其应用环境.综合考虑以上三个方面后对特定的场景选择合适的阴影图算法,除了选择场景外,还包括光源类型、内存消耗、实时性要求、硬件支持及特殊阴影要求等.最后结合当前的技术发展和应用需求展望了阴影图领域未来的研究方向.