原標(biāo)題：美開發(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)的研究小組成功開發(fā)新3D成像技術(shù)

圖2 圖片來源于德州大學(xué)

  美國德克薩斯大學(xué)達(dá)拉斯分校計算機(jī)科學(xué)家根據(jù)美國著名數(shù)學(xué)家約翰·福布斯·納什的理論開發(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。

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

  領(lǐng)導(dǎo)這項研究的德州大學(xué)埃里克瓊森工程學(xué)院和計算機(jī)科學(xué)學(xué)院副教授郭小虎（音譯）說：“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度）創(chuàng)建3D網(wǎng)格進(jìn)行計算機(jī)制圖。實驗結(jié)果顯示，各向異性網(wǎng)格對流體等物質(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。計算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域通過三角形網(wǎng)格來描述現(xiàn)實世界中物體的形狀。傳統(tǒng)技術(shù)都使用各向同性的三角形，即三角形的每個邊都具有相同的長度，與方向無關(guān)。其缺陷在于這種網(wǎng)格在細(xì)節(jié)上較為粗糙，會產(chǎn)生一些在現(xiàn)實物體中不存在的毛邊和突兀的線條。各向異性三角形建模則可以避免這種情況，能夠允許用戶更加靈活準(zhǔn)確地反映現(xiàn)實對象的真實情況，更精確地處理邊緣和褶皺。

    郭小虎團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，用各向異性三角形取代各向同性三角形后，計算機(jī)建模產(chǎn)生的圖像會更加平滑。根據(jù)對象的曲率，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，采用目前常用的計算機(jī)制圖方法創(chuàng)建一個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。

  這項研究發(fā)表在計算機(jī)圖形學(xué)國際頂級會議——美國計算機(jī)協(xié)會計算機(jī)圖形專業(yè)組2013年年會上。

  業(yè)界點評

  要是沒有一臺高端昂貴的計算機(jī)，想從事復(fù)雜的圖形設(shè)計、視頻編輯等工作，或者只玩?zhèn)€大型游戲，都必須面對閃爍的硬盤燈和嗡嗡作響的風(fēng)扇，而浪費時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進(jìn)行圖形建模，對點、線、面、體等幾何元素和灰度、色彩、線型、線寬等非幾何屬性進(jìn)行統(tǒng)一計算和渲染。本技術(shù)在計算效率和細(xì)節(jié)處理方面所取得的這些進(jìn)步，將對硬件產(chǎn)業(yè)、大數(shù)據(jù)、云計算等領(lǐng)域帶來長遠(yuǎn)影響，而不僅是圖形應(yīng)用領(lǐng)域。