复杂光源下的交互式体绘制研究

复杂光源下的交互式绘制是图形学领域近年来一个重要的研究方向。由于复杂光源能更精确地描述现实世界中光源，其在交互式绘制中的应用显著提高了绘制结果的真实感。与面绘制相比，复杂光源下的交互式体绘制仍是一个有待探索的领域。本项目以实现复杂光源下的交互式体绘制，提高交互式应用中体绘制的真实感为目标，拟在光源和体数据的数学表达、体数据层次细节、光照预计算和压缩、实时光照计算等几个方向上展开研究，提出复杂光源下的体绘制的一般性计算策略，并针对各种不同类型体数据的特性开展对数学表达和光照近似计算方法的研究。本项目拟解决的关键问题是，利用复杂光源下光照计算的特性按绘制管线对计算复杂性进行隔离的方法、体数据的层次细节表达、预计算数据的压缩方法、基于频域分析的光照信号采样和重构方法、新的图形硬件并行架构下的多尺度并行体绘制算法。

复杂光源下的交互式绘制是图形学领域近年来一个具有挑战性的重要研究方向，相关研究在交互式应用中的高质量绘制、电影级真实感绘制等领域有广泛的应用前景。相比面元绘制方面最近取得的明显进展，复杂光源下的交互式体绘制仍然有很多开放的问题需要进一步研究。本课题以实现复杂光源下的交互式体绘制并提高交互式应用中的体绘制真实感为目标，在光源和体数据数学表达、体数据层次细节、光照预计算和压缩、实时光照计算等方向上开展了研究。并解决了液体中的复杂动态气泡的层次细节和空间加速结构、复杂半透明物体中多次散射的层次式并行求解、面向解析双重积计算的可见性分区域表达方式、时域聚合体数据的高效率并行绘制等科学问题。这些研究成果的作出，对于推动交互式应用中的真实感体绘制具有重要意义。本课题的研究针对特定体绘制对象揭示了其和光线作用的独特规律，对这些规律的合理利用使得在图形学领域内第一次实现了特定效果的高效绘制，如交互式的半透明切割体绘制、液体中大量透明气泡动态的高效绘制等，同时也推动了一些技术的最新进展，例如提高了全频复杂光源下软影的交互式绘制精度、大幅提升了可编程运动模糊效果的绘制效率等。相关研究成果发表在ACM SIGGRAPH、Pacific Graphics等领域内高水平学术会议上，并通过在这些会议上的论文宣讲以及和国际同行的交流扩大了影响。这些成果还被ACM Transactions on Graphics、IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics、Computer Graphics Forum等领域内具有重要影响的国际期刊所收录。.值得一提的是，课题组在相关方向上的研究还产生了一些交互式体绘制之外的成果，如自适应的多层环境光遮蔽技术。这些技术已经被应用到动漫企业的制作流水线中，基于这些技术生产的动漫作品在多个电视台播放，获得了较好的效果。