数字技术渲染电脑生成织物效果更逼真
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科技日报北京1月14日电（记者张佳欣）美国康奈尔大学与英伟达公司合作开发出一种新型织物数字渲染方法，可更准确模拟光在纱线与纤维间的传播与反射机制，让电脑生成织物在光泽、质感和透光效果上更逼真。相关成果已在国际计算机图形学与互动技术学会2025亚洲学术会议上发布。
天鹅绒数字渲染图。 图片来源：美国康奈尔大学 丝绸的通透、缎面的光泽、斜纹布若隐若现的闪光，一直是电影和游戏中最难被真实还原的细节之一。在现实世界中，布料并不是一块平整的表面。它由无数细小纤维拧成纱线，再由纱线编织而成，中间充满了空气。不同材料的纤维形状也各不相同，这些微小差异决定了一块布是否显得柔软、闪亮，还是半透明。但在计算机中，要把这些细节表现出来极其困难。
研究团队从2002年开始研究这个问题。他们很早就意识到，决定织物外观的是内部的纤维结构。为此，他们曾使用微型CT扫描仪，在纤维尺度上“拍下”织物的三维结构，用来指导电脑渲染。这种方法虽然效果好，但成本高、速度慢，不适合大规模使用。
在新研究中，团队同时引入了光线光学和波动光学两种描述框架，来刻画光与织物的相互作用。光线光学可高效计算织物的整体颜色与高光效果，而波动光学则能刻画光在纤维间隙中的衍射与干涉，尤其适合表现织物被背光照射时的透光效果，以及细微的闪烁与亮斑。
起初，团队尝试完全用波动光学来模拟织物外观，但计算量过于庞大。最终，他们采用了一种折中的办法，即用速度快得多的光线光学处理大部分画面，再用波动光学专门补充那些决定真实感的细节。这样既保证了画面质量，也让计算变得可行。
目前每种织物仍需单独进行模拟，未来借助人工智能（AI），系统将自动学会不同织物的光学特征，从而加快生成速度。团队认为，将生成式AI引入这一过程，将为电影、动画和游戏带来更真实的布料效果，而且成本会大幅降低。
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