雅宝题库解析：
现实世界中物体表面材质和环境光照是非常复杂的，逼真地重建真实物体表面反射属性在虚拟现实、计算机图形学等领域具有重要的理论意义和研究价值。双向反射分布函数(Bi-directional Reflectance Distribution Function，BRDF)、环境光照绘制等技术在物体表面的建模与绘制方面起着非常重要的作用。本文在国家863计划重点项目“虚实融合的协同工作环境技术与系统”子课题“面向飞机关键部件拆装维护及训练的应用示范”（2009AA012102）的资助下开展研究，取得了如下成果：研制了适用于平面物体的表面反射属性数据采集系统Dome，包括采集硬件设备和软件工具系统。硬件设备包括球形支架，挂载12台相机、215个LED光源，可对处于球心处的多材质平面物体表面反射属性数据进行快速密集采样。软件工具包括服务器采集控制软件与客户端采集软件，统一控制设备高速采集数据并进行数据处理，获取物体表面的反射属性数据。针对各向同性材质，实现了一种基于逆向绘制的数据驱动反射属性建模方法。改进了各向同性材质BRDF的表示方法，有效降低了建模计算的数据量。实现了BRDF采样数据的径向基函数插值算法，对未采样的数据进行有效估计，构造出完成的BRDF数据矩阵。通过在矩阵分解算法中附加约束条件，将采集得到的BRDF数据分解得到直观的材质分布权重图和基材质BRDF，从而实现分解结果的绘制和编辑。实现了基于小波变换的全频环境光照绘制算法，并提出了一种基于GPU的绘制加速方法。全频环境光照绘制算法分为两步：预计算部分对法向量和视线方向采样并将采样结果变换到Haar小波基函数后进行非线性近似，通过预计算降低绘制的运行时计算量；实时绘制部分根据模型顶点法向量和视线方向从预计算的结果中查找小波系数并做向量积，从而对模型着色。通过改进预计算结果的存储方式，使得着色运算可以在GPU上运行，提高了绘制效率。构建了面向航空发动机拆装维护及训练的虚实融合原型系统。系统基于本文研究成果，应用反射属性建模和环境光照绘制技术，实现了拆装维护虚实场景的光照一致，为用户提供更为真实的虚实感知。系统的功能是为处于虚实环境中的操作人员提供拆装过程演示、虚拟零件工装等形式的虚拟信息，有效引导操作人员的拆装维护工作。
发表于 2022-9-26 22:26:21
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