數(shù)字技術(shù)渲染電腦生成織物效果更逼真
來(lái)源：科技日?qǐng)?bào) 時(shí)間：01-15 作者：張佳欣
科技日?qǐng)?bào)記者 張佳欣
美國(guó)康奈爾大學(xué)與英偉達(dá)公司合作開(kāi)發(fā)出一種新型織物數(shù)字渲染方法，可更準(zhǔn)確模擬光在紗線(xiàn)與纖維間的傳播與反射機(jī)制，讓電腦生成織物在光澤、質(zhì)感和透光效果上更逼真。相關(guān)成果已在國(guó)際計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與互動(dòng)技術(shù)學(xué)會(huì)2025亞洲學(xué)術(shù)會(huì)議上發(fā)布。
絲綢的通透、緞面的光澤、斜紋布若隱若現(xiàn)的閃光，一直是電影和游戲中最難被真實(shí)還原的細(xì)節(jié)之一。在現(xiàn)實(shí)世界中，布料并不是一塊平整的表面。它由無(wú)數(shù)細(xì)小纖維擰成紗線(xiàn)，再由紗線(xiàn)編織而成，中間充滿(mǎn)了空氣。不同材料的纖維形狀也各不相同，這些微小差異決定了一塊布是否顯得柔軟、閃亮，還是半透明。但在計(jì)算機(jī)中，要把這些細(xì)節(jié)表現(xiàn)出來(lái)極其困難。
研究團(tuán)隊(duì)從2002年開(kāi)始研究這個(gè)問(wèn)題。他們很早就意識(shí)到，決定織物外觀的是內(nèi)部的纖維結(jié)構(gòu)。為此，他們?cè)褂梦⑿虲T掃描儀，在纖維尺度上“拍下”織物的三維結(jié)構(gòu)，用來(lái)指導(dǎo)電腦渲染。這種方法雖然效果好，但成本高、速度慢，不適合大規(guī)模使用。
在新研究中，團(tuán)隊(duì)同時(shí)引入了光線(xiàn)光學(xué)和波動(dòng)光學(xué)兩種描述框架，來(lái)刻畫(huà)光與織物的相互作用。光線(xiàn)光學(xué)可高效計(jì)算織物的整體顏色與高光效果，而波動(dòng)光學(xué)則能刻畫(huà)光在纖維間隙中的衍射與干涉，尤其適合表現(xiàn)織物被背光照射時(shí)的透光效果，以及細(xì)微的閃爍與亮斑。
起初，團(tuán)隊(duì)嘗試完全用波動(dòng)光學(xué)來(lái)模擬織物外觀，但計(jì)算量過(guò)于龐大。最終，他們采用了一種折中的辦法，即用速度快得多的光線(xiàn)光學(xué)處理大部分畫(huà)面，再用波動(dòng)光學(xué)專(zhuān)門(mén)補(bǔ)充那些決定真實(shí)感的細(xì)節(jié)。這樣既保證了畫(huà)面質(zhì)量，也讓計(jì)算變得可行。
目前每種織物仍需單獨(dú)進(jìn)行模擬，未來(lái)借助人工智能（AI），系統(tǒng)將自動(dòng)學(xué)會(huì)不同織物的光學(xué)特征，從而加快生成速度。團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，將生成式AI引入這一過(guò)程，將為電影、動(dòng)畫(huà)和游戲帶來(lái)更真實(shí)的布料效果，而且成本會(huì)大幅降低。