基于单视点图像烟雾建模技术的研究与实现

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雅宝题库解析：
真实感建模与绘制是计算机图形学与虚拟现实的研究重点。在虚拟现实环境中对于烟雾等复杂自然现象的建模与绘制是非常吸引人同时又高具挑战性的题目。多年以来，对于烟雾等流体建模的研究工作主要使用基于物理模拟的方法。近年来，基于图像的建模方法由于具有真实度高、细节保存完整等优点，成为了计算机图形学和视觉领域的研究热点。为了在虚拟环境中逼真再现烟雾的视觉特征，本文在国家自然科学基金项目“物体表面复杂材质反射属性建模技术研究(4102037)”的资助下，研究基于单视点图像的烟雾建模技术，取得了如下成果：1.        提出了一种基于Ray marching技术的单散射烟雾绘制方法。结合单视点烟雾图像采集、以及普通光照环境特点，简化了光在烟雾内的传输过程，得到合理的成像模型。利用OpenGL的着色语言GLSL和alpha混合功能实现了本文提出的烟雾的绘制方法。2.        提出了一种利用单幅图像生成烟雾密度场体数据的方法。根据烟雾的几何特点,首先使用参数化的方法由采集到的单幅烟雾图像生成初始的烟雾体数据，然后通过对烟雾密度场迭代扰动的方式优化初始体数据。提出了一种基于GPU的并行化构建及优化烟雾密度场的方法,利用NVIDIA CUDA实现了GPU上的并行计算，极大的提高了计算效率。3.        实现了基于单视点连续图像的动态烟雾建模方法。根据动态烟雾体数据的时间和空间连续性，利用关键帧生成中间过渡帧的烟雾密度场体数据，由连续关键帧构建动态连续烟雾模型。根据烟雾速度场的连续性，提出了对体数据中的对应点加入物理约束的优化的方法。通过对烟雾体数据中的速度突变点进行平滑化处理，得到连续的动态烟雾模型。4.        研制了基于单视点图像的动态烟雾建模工具。利用该工具可以方便的配置建模过程中所需各项参数，由采集的烟雾图像实时生成动态烟雾模型。