高精細模型的向量位移映射表示及幾何處理

《高精細模型的向量位移映射表示及幾何處理》是依託浙江大學，由馮結青擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高精細模型的向量位移映射表示及幾何處理
• 依託單位：浙江大學
• 項目負責人：馮結青
• 項目類別：面上項目

項目摘要

具有高度豐富細節、逼真的幾何模型在影視特效製作、數字文物保護、地理信息系統、仿真與模擬、三維遊戲製作等領域具有重要和廣泛的套用。然而，高精細幾何模型所包含的海量數據也對存貯、壓縮、傳輸、繪製、編輯和處理等提出了挑戰。本項目提出了一種高精細幾何模型的向量位移映射表示方法，即採用低解析度模型表示整體形狀、三通道向量位移紋理表示幾何細節。該表示方法與當前的工業標準具有良好的兼容性。通過研究保幾何特徵的低解析度模型構造與生成、儘可能等距的流形域參數化、向量位移紋理的高質量壓縮與高效解壓縮，實現高精細模型的高效、高質量壓縮以及層次表示；充分發掘向量位移映射的幾何與圖像混合、層次結構表示等特點，研究高精細模型的變形、幾何細節編輯與處理等算法。向量位移映射表示的研究不僅可以豐富幾何模型的表示理論與方法，而且在與數字媒體相關的工業套用領域中具有巨大的潛在套用價值。

結題摘要

具有高度豐富細節、逼真的幾何模型在影視特效製作、數字文物保護、地理信息系統、仿真與模擬、三維遊戲製作等領域具有重要和廣泛的套用。針對其在表示、處理、編輯和繪製等方面存在的問題，項目組圍繞模型的高效獲取、向量位移表示生成和壓縮、實時編輯、高質量實時繪製和特效套用等方面展開研究，取得了如下重要研究成果。 首先，在模型獲取方面，提出了異質物體的邊界面提取、點雲數據的聚類和重採樣、多視圖點雲的剛性配準等關鍵問題的解決方法，為模型的高效獲取提供了理論和方法基礎；針對模型的向量位移表示，首先研究了基曲面的表示和生成，包括代數B-樣條曲面表示、基於疊代逼近的細分基曲面生成、近似等距模型之間的稀疏與稠密對應、複雜模型的自動與半自動參數化等核心問題，推廣了基曲面的表示和生成方法；提出了格線曲面的細節增強方法、精確自由變形的實時計算、保持特徵的光滑自由變形、格線序列的Cage表示等理論和方法，實現了模型的高質量實時編輯和高效壓縮；在繪製方面，通過發掘GPU的繪製流水線和通用計算功能，實現了兩類基曲面——細分曲面和代數B-樣條曲面的精確和實時繪製；研究了複雜場景的高質量陰影實時繪製、以及面向延時繪製的反走樣，實現了面向遊戲場景的高精細模型的實時繪製和反走樣；最後，將上述研究成果套用於影視特效製作、三維遊戲等領域，創新性地提出了格線序列間的漸變概念和方法框架，可以同時或者分別實現動態幾何漸變與運動漸變。上述系統深入的研究，豐富並完善了高精細模型向量位移表示的理論基礎，為與數字媒體相關的工業套用領域提供了技術支撐。 項目組在重要國際學術期刊(包括CGF、CAGD等)發表論文15篇(均為SCI收錄)、國內一級學報(軟體學報、計算機輔助設計與圖形學學報)發表和錄用論文9篇(均為EI收錄)；相關研究成果獲計算機動畫領域重要國際學術會議Computer Animation and Social Agents 2014大會的唯一最佳論文獎、國內計算機圖形學重要學術會議Chinagraph2012最佳論文獎，所指導學生的論文分別獲得2012年和2014年全國CAD/CG學術會議優秀學生論文獎；申請國家發明專利11項(授權9項)；培養博士6人、碩士7人；組織基於圖像的建模學術研討會，完成了預期研究計畫。