题目：基于双向反射分布函数材质反射属性建模技术研究与实现

现实世界中物体表面材质是多种多样的，逼真地表现物体表面丰富的光照反射信息是虚拟现实、计算机视觉和计算机图形学领域重要的研究内容。目前常用双向反射分布函数(Bidirectional Reflectance Distribution Function，BRDF)描述物体表面材质反射属性，因此研究BRDF数据采集和建模技术具有重要的科学意义和应用价值。本文在国家自然科学基金项目“真实物体表面属性建模与绘制技术研究(60773153)”资助下取得了如下研究成果：(1)研制了物体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1台相机、8个光源和1台三维激光扫描仪，可以快速采集物体表面的反射属性数据和三维几何数据。数据采集工具软件包括采集设备控制工具、相机标定工具、光源标定工具和三维扫描仪标定工具，用来统一控制各种设备快速采集数据、获取设备参数以及进行数据处理，得到最终数据采集结果。(2)实现了单材质物体表面反射属性建模方法。针对单材质物体的特点，使用参数化BRDF模型分别拟合物体表面漫反射部分与镜面反射部分，构造出BRDF模型。本方法具有直接便捷、参数求解稳定、结果准确的特点。研发了BRDF模型编辑工具，利用GPU实时绘制，用户可以交互地编辑、修改BRDF模型的各项参数。(3)提出了一种多材质物体表面反射属性建模方法。首先根据采集数据求解出物体表面漫反射部分的图像数据；然后用图像分割方法，根据物体表面材质的不同，将物体表面材质分割为不同的材质区域，并求解出相应区域的初始BRDF模型；最后将每个像素表达为初始BRDF模型的权重之和，迭代求解出最优结果，实现多材质反射属性建模。研发了多材质物体反射属性BRDF编辑工具，满足用户交互修改物体材质反射属性参数的需求。(4)提出了一种构造半透明材质——人手几何与表面反射属性模型的方法。首先根据采集的图像高频信息修复几何数据的低频信息，构造出人手的三维几何模型；然后利用拟合的公共镜面反射BRDF模型与漫反射部分图像数据，构造出人手皮肤的表面反射属性模型，从而构造出逼真的人手三维模型。