原標(biāo)題：美開(kāi)發(fā)3D制圖新技術(shù) 圖像生成速度比現(xiàn)有技術(shù)快百倍

圖1 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院副教授郭小虎(右)率領(lǐng)鐘子春（音譯，左）在內(nèi)的研究小組成功開(kāi)發(fā)新3D成像技術(shù)

圖2 圖片來(lái)源于德州大學(xué)

  美國(guó)德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校計(jì)算機(jī)科學(xué)家根據(jù)美國(guó)著名數(shù)學(xué)家約翰·福布斯·納什的理論開(kāi)發(fā)出一種制作3D圖像的新技術(shù)。該技術(shù)不但能更準(zhǔn)確地還原現(xiàn)實(shí)物體的形狀，在圖像生成速度上也比目前常用的技術(shù)快上百倍。

  計(jì)算機(jī)制圖技術(shù)在電影和游戲制作以及計(jì)算機(jī)模擬領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用，同時(shí)在機(jī)械制造和工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域也有涉及。研究人員希望這項(xiàng)新技術(shù)能夠讓計(jì)算機(jī)模擬的人體器官模型更加逼真，以更有效地對(duì)癌癥等疾病的治療提供幫助。

  領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的德州大學(xué)埃里克瓊森工程學(xué)院和計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院副教授郭小虎（音譯）說(shuō)：“新技術(shù)的關(guān)鍵是采用各向異性三角形（三角形兩條邊因其指向的方向不同而具有不同的長(zhǎng)度）創(chuàng)建3D網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算機(jī)制圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，各向異性網(wǎng)格對(duì)流體等物質(zhì)可以提供更逼真的效果。”

  該技術(shù)的發(fā)明源于納什的納什嵌入定理。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域通過(guò)三角形網(wǎng)格來(lái)描述現(xiàn)實(shí)世界中物體的形狀。傳統(tǒng)技術(shù)都使用各向同性的三角形，即三角形的每個(gè)邊都具有相同的長(zhǎng)度，與方向無(wú)關(guān)。其缺陷在于這種網(wǎng)格在細(xì)節(jié)上較為粗糙，會(huì)產(chǎn)生一些在現(xiàn)實(shí)物體中不存在的毛邊和突兀的線(xiàn)條。各向異性三角形建模則可以避免這種情況，能夠允許用戶(hù)更加靈活準(zhǔn)確地反映現(xiàn)實(shí)對(duì)象的真實(shí)情況，更精確地處理邊緣和褶皺。

    郭小虎團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，用各向異性三角形取代各向同性三角形后，計(jì)算機(jī)建模產(chǎn)生的圖像會(huì)更加平滑。根據(jù)對(duì)象的曲率，該技術(shù)能夠生產(chǎn)圖像的速度可以達(dá)到普通技術(shù)的125倍。例如，采用目前常用的計(jì)算機(jī)制圖方法創(chuàng)建一個(gè)3D圖像需要19500秒，而新技術(shù)只需155秒。此外，使用各向異性三角形創(chuàng)建的3D模型圖像質(zhì)量更好，在細(xì)節(jié)上更加精確。尤其是在處理流體、皮膚皺紋和衣服褶皺方面，新技術(shù)更勝一籌，在細(xì)節(jié)上更加豐富、逼真。

  這項(xiàng)研究發(fā)表在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)國(guó)際頂級(jí)會(huì)議——美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)計(jì)算機(jī)圖形專(zhuān)業(yè)組2013年年會(huì)上。

  業(yè)界點(diǎn)評(píng)

  要是沒(méi)有一臺(tái)高端昂貴的計(jì)算機(jī)，想從事復(fù)雜的圖形設(shè)計(jì)、視頻編輯等工作，或者只玩?zhèn)€大型游戲，都必須面對(duì)閃爍的硬盤(pán)燈和嗡嗡作響的風(fēng)扇，而浪費(fèi)時(shí)間等待圖形渲染更是一種煎熬，我們的確需要更好的辦法來(lái)進(jìn)行圖形建模，對(duì)點(diǎn)、線(xiàn)、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線(xiàn)型、線(xiàn)寬等非幾何屬性進(jìn)行統(tǒng)一計(jì)算和渲染。本技術(shù)在計(jì)算效率和細(xì)節(jié)處理方面所取得的這些進(jìn)步，將對(duì)硬件產(chǎn)業(yè)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等領(lǐng)域帶來(lái)長(zhǎng)遠(yuǎn)影響，而不僅是圖形應(yīng)用領(lǐng)域。