美开发3D制图新技术 图像生成速度快百倍

2013-11-21 09:51 来源: 中国科技网-科技日报
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  据物理学家组织网11月20日(北京时间)报道,美国德克萨斯大学达拉斯分校计算机科学家根据美国著名数学家约翰·福布斯·纳什的理论开发出一种制作3D图像的新技术。该技术不但能更准确地还原现实物体的形状,在图像生成速度上也比目前常用的技术快上百倍。

  计算机制图技术在电影和游戏制作以及计算机模拟领域均有广泛应用,同时在机械制造和工程设计领域也有涉及。研究人员希望这项新技术能够让计算机模拟的人体器官模型更加逼真,以更有效地对癌症等疾病的治疗提供帮助。

  领导这项研究的德州大学埃里克琼森工程学院和计算机科学学院副教授郭小虎(音译)说:“新技术的关键是采用各向异性三角形(三角形两条边因其指向的方向不同而具有不同的长度)创建3D网格进行计算机制图。实验结果显示,各向异性网格对流体等物质可以提供更逼真的效果。”

  该技术的发明源于纳什的纳什嵌入定理。计算机图形学领域通过三角形网格来描述现实世界中物体的形状。传统技术都使用各向同性的三角形,即三角形的每个边都具有相同的长度,与方向无关。其缺陷在于这种网格在细节上较为粗糙,会产生一些在现实物体中不存在的毛边和突兀的线条。各向异性三角形建模则可以避免这种情况,能够允许用户更加灵活准确地反映现实对象的真实情况,更精确地处理边缘和褶皱。

  郭小虎团队发现,用各向异性三角形取代各向同性三角形后,计算机建模产生的图像会更加平滑。根据对象的曲率,该技术能够生产图像的速度可以达到普通技术的125倍。例如,采用目前常用的计算机制图方法创建一个3D图像需要19500秒,而新技术只需155秒。此外,使用各向异性三角形创建的3D模型图像质量更好,在细节上更加精确。尤其是在处理流体、皮肤皱纹和衣服褶皱方面,新技术更胜一筹,在细节上更加丰富、逼真。

  这项研究发表在计算机图形学国际顶级会议——美国计算机协会计算机图形专业组2013年年会上。