高精细模型的向量位移映射表示及几何处理

具有高度丰富细节、逼真的几何模型在影视特效制作、数字文物保护、地理信息系统、仿真与模拟、三维游戏制作等领域具有重要和广泛的应用。然而，高精细几何模型所包含的海量数据也对存贮、压缩、传输、绘制、编辑和处理等提出了挑战。本项目提出了一种高精细几何模型的向量位移映射表示方法，即采用低分辨率模型表示整体形状、三通道向量位移纹理表示几何细节。该表示方法与当前的工业标准具有良好的兼容性。通过研究保几何特征的低分辨率模型构造与生成、尽可能等距的流形域参数化、向量位移纹理的高质量压缩与高效解压缩，实现高精细模型的高效、高质量压缩以及层次表示；充分发掘向量位移映射的几何与图像混合、层次结构表示等特点，研究高精细模型的变形、几何细节编辑与处理等算法。向量位移映射表示的研究不仅可以丰富几何模型的表示理论与方法，而且在与数字媒体相关的工业应用领域中具有巨大的潜在应用价值。

具有高度丰富细节、逼真的几何模型在影视特效制作、数字文物保护、地理信息系统、仿真与模拟、三维游戏制作等领域具有重要和广泛的应用。针对其在表示、处理、编辑和绘制等方面存在的问题，项目组围绕模型的高效获取、向量位移表示生成和压缩、实时编辑、高质量实时绘制和特效应用等方面展开研究，取得了如下重要研究成果。..首先，在模型获取方面，提出了异质物体的边界面提取、点云数据的聚类和重采样、多视图点云的刚性配准等关键问题的解决方法，为模型的高效获取提供了理论和方法基础；针对模型的向量位移表示，首先研究了基曲面的表示和生成，包括代数B-样条曲面表示、基于迭代逼近的细分基曲面生成、近似等距模型之间的稀疏与稠密对应、复杂模型的自动与半自动参数化等核心问题，推广了基曲面的表示和生成方法；提出了网格曲面的细节增强方法、精确自由变形的实时计算、保持特征的光滑自由变形、网格序列的Cage表示等理论和方法，实现了模型的高质量实时编辑和高效压缩；在绘制方面，通过发掘GPU的绘制流水线和通用计算功能，实现了两类基曲面——细分曲面和代数B-样条曲面的精确和实时绘制；研究了复杂场景的高质量阴影实时绘制、以及面向延时绘制的反走样，实现了面向游戏场景的高精细模型的实时绘制和反走样；最后，将上述研究成果应用于影视特效制作、三维游戏等领域，创新性地提出了网格序列间的渐变概念和方法框架，可以同时或者分别实现动态几何渐变与运动渐变。上述系统深入的研究，丰富并完善了高精细模型向量位移表示的理论基础，为与数字媒体相关的工业应用领域提供了技术支撑。..项目组在重要国际学术期刊(包括CGF、CAGD等)发表论文15篇(均为SCI收录)、国内一级学报(软件学报、计算机辅助设计与图形学学报)发表和录用论文9篇(均为EI收录)；相关研究成果获计算机动画领域重要国际学术会议Computer Animation and Social Agents 2014大会的唯一最佳论文奖、国内计算机图形学重要学术会议Chinagraph2012最佳论文奖，所指导学生的论文分别获得2012年和2014年全国CAD/CG学术会议优秀学生论文奖；申请国家发明专利11项(授权9项)；培养博士6人、硕士7人；组织基于图像的建模学术研讨会，完成了预期研究计划。