基于深度圖的水面重建①

馮笑冰 朱登明 王兆其

(*中國科學院大學 北京 100190) (**中國科學院計算技術研究所前瞻實驗室 北京 100190) (***太倉中科信息技術研究院 太倉 215400)

0 引 言

自然場景的真實感模擬無論在傳統的影視特效、廣告、3維游戲開發等領域，還是在最近蓬勃發展的虛擬現實、增強現實等領域，都有著重要的應用及研究價值。作為自然場景中非常普遍的一種物理現象，流體的真實感模擬更是有著廣泛的運用。然而，由于流體復雜而不規則的運動狀態，其表現的形態也變化萬千，流體動畫的合成一直是計算機圖形學中具有挑戰性的問題之一。多年來流體動畫合成方法在不斷發展和創新，從最初的基于經驗的波面造型方法，到現在主流的基于流體動力學的物理模擬方法，以及逐漸興起的數據驅動方法，流體的合成效果在真實感和細節上有著顯著的提高，但隨之帶來的是計算量的不斷增加，從而無法在質量和效率上達到平衡。

作為計算機圖形學研究中一直存在的熱點，早期的流體模擬方法主要是基于經驗的波面造型方法，使用周期函數、噪聲、傅里葉頻譜等，在高度場上疊加水波形成波浪效果。該方法計算簡單，但適用范圍小，僅用于模擬大規模水面較平靜或規則水波。基于物理的流體模擬方法主要根據流體動力學方程跟蹤流體的運動狀態。該方法合成的流體動畫與前者相比適用范圍廣，能模擬真實且豐富的視覺效果，但由于使用的物理模型復雜，存在計算量大且耗時長等缺點，從而在模擬大規模水面時無法達到實時效果?！?br>