面向三維高清套用的複雜場景建模與渲染技術

《面向三維高清套用的複雜場景建模與渲染技術》是依託浙江大學，由周昆擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：面向三維高清套用的複雜場景建模與渲染技術
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：周昆
• 項目類別：面上項目

項目摘要

近年來，三維高清顯示技術飛速發展，日趨成熟。與此相比，三維高清顯示內容的建模周期長、繪製速度慢、製作成本高，相關技術還處於發展的初期階段，是目前國際上的研究熱點和新的產業生長點。本項目以大幅度提高複雜場景的建模效率、渲染質量和速度為目標，開展面向三維高清套用的複雜場景建模與渲染技術研究。在建模技術上，主要研究大規模複雜場景建模、複雜物體內部實體建模和動態時變物體建模，並充分利用GPU來提升各種建模方法的效率。在渲染技術上，主要研究三維高清顯示環境下能同時滿足遊戲繪製和電影渲染需求的統一算法框架，並在該框架下研究能處理大規模場景的、支持多種場景表達和全局光照明效果的各種光影繪製算法。該項目的研究對促進計算機圖形學的發展具有重要的理論和實際套用價值，對推動我國3D高清顯示產業、動漫產業、網路遊戲產業和虛擬現實套用的發展具有重要的意義。

結題摘要

近年來，三維高清顯示技術飛速發展，日趨成熟。與此相比，三維高清顯示內容的建模周期長、繪製速度慢、製作成本高。在本項目中，我們進行了一系列研究來顯著提升複雜場景的建模效率，繪製質量和速度。我們著重研究了基於消費級設備的人、物體和場景的建模方法，以及複雜物體、大尺度場景和矢量圖形的GPU繪製方法。 在過去的四年中，我們在圖形學頂級期刊ACM Transactions on Graphics發表了19篇論文，在IEEE TVCG上發表了5篇論文。獲得了6項國家發明專利和2項美國發明專利。研發的算法和系統在包括迪斯尼、網易在內的多家企業得到套用，推動了3D高清顯示產業、動漫產業、網路遊戲產業和虛擬現實套用的發展。 項目取得的主要成績總結如下： (1) 構建了國際上最大的開放的三維人臉表情資料庫，已授權給包括Stanford，MIT，CMU，ETH，MPI，微軟和工業光魔等170多機構使用； (2) 研究了基於單攝像機的三維人臉實時跟蹤、重建和動畫算法，提出了國際上第一個基於單攝像機的高精度三維人臉實時捕獲算法； (3) 提出了國際上第一個全自動的基於單幅圖像輸入的三維頭髮建模算法，並提出了一個三維頭髮實時仿真算法，在同等質量條件下計算性能比傳統頭髮仿真算法提高三個數量級； (4) 提出了從單幅RGBD圖像中構建高質量三維物體幾何模型的方法，研製了國際上首個基於RGBD攝像機的三維物體外觀的互動式獲取算法和系統； (5) 研究了大尺度場景的實時三維重建技術，針對RGBD攝像機提出了國際上首個基於線上結構分析的三維場景構建算法； (6) 研究了大尺度場景的GPU渲染技術，提出了一個基於GPU的外存繪製方法來支持many-lights的繪製框架，繪製效率比傳統CPU方法提高一個數量級； (7) 提出了無偏的光子映射繪製方法，消除了傳統光子映射算法中的誤差，並且減少了人工設定參數的代價，從而顯著提高了光子映射的效率。