计算机图形学

计算机图形绘制理论和算法以投影几何和光学物理模型为基础，高效生成景物在不同视点和不同光照条件下的真实感图形，但在场景真实感和图形生成的效率等方面仍存在许多不足。近年来，计算机图形学的研究正朝着动态化、并行化、网络化、高真实感方向发展，场景的几何表示、图形绘制和实际采集数据逐渐相互融合，有望形成新的计算理论和方法。根据这一发展趋势，我们将重点研究：

（1） 真实感图形的高效绘制。重点研究基于新计算硬件的复杂场景高效图形绘制算法，动态表面反射属性数据的采集、处理和重用等。 （2） 几何计算与设计。重点研究新的高效几何表示和构造方法，点云数据和网格曲面的处理和分析，动态几何数据的采集、处理和分析等。

（3） 视觉计算。重点研究摄像机的自动标定和跟踪技术，视频场景的几何结构恢复和理解，图象和视频的增强处理，基于图象/视频的建模和绘制技术等。

（4） 计算机动画与游戏。重点研究基于物理模型的运动模拟，人工生命与行为动画，三维游戏的引擎技术，面向移动平台的游戏技术等。

计算机辅助设计

计算机辅助设计（CAD）技术以产品的功能、结构、外形、材料为设计要素，运用先进的计算机技术，建立、分析、传递产品的设计信息。通过三十多年的深入研究，出现了许多产品信息表示和设计的方法与系统，有效解决了产品制造的自动化和信息重用等问题，但在设计效率和性能评价等方面，仍存在许多不足。为了更好地满足新的应用需求，国际上CAD技术的研究范围逐渐覆盖到产品设计和生产的全生命周期。根据这一发展趋势，结合实验室在产品建模和设计方面的研究基础，实验室在CAD方向的重点研究内容为：

（1） 先进产品建模技术。重点研究产品多领域特征建模、面向大批量定制的设计、产品信息的自组织建模等。

（2） 产品创新设计技术。重点研究概念设计，设计方法和理论，设计知识的获取、表达及使用，知识库与工程数据库的集成，全性能和全过程优化建模策略，智能建模和柔性建模技术等。

（3） 虚拟技术。重点研究虚拟样机、虚拟装配、虚拟加工、虚拟车间布局、人机工效评价等。

（4） 分布协同设计技术。重点研究基于异构CAD系统的协同设计、分布协同的设计与制造平台等。

（5） 面向机械、建筑、纺织、工艺美术等领域的专业CAD技术及实用化系统的研发。

虚拟现实技术

虚拟现实技术是信息技术领域的重要研究方向。尽管近年来该技术得到了很大的发展，但由于虚拟环境表示和再现的精确性和完整性有限，极大影响了虚拟环境的可信度，难以使得用户产生与客观世界相一致的体验，严重限制了虚拟现实技术的应用。如何提高虚拟环境的可信度和可用性，已成为当前虚拟现实技术面临的关键问题。为此，实验室将重点围绕以下三方面展开研究：

（1） 虚拟环境的表示和感知。重点研究大规模虚拟环境的高效构建和实时绘制技术，符合人类生理、心理的虚拟环境感知信息的合成和可信性评价，大规模场景的分布组织、累进传输和远程服务等。

（2） 自然人机交互技术与界面。重点研究基于新型传感器的用户动作的高精度实时跟踪、分析和交互语义理解技术，便于用户使用、面向大型活动的多人共享式并发交互技术和装置；基于交互动作捕捉的虚拟化身驱动技术；可嵌入物理环境的实物用户界面和基于摄像机的交互界面技术等。

（3） 增强现实技术。重点研究现实环境与对象信息的采集与一致性重建，虚拟对象的物理性态的动态演化模型和实时计算，虚拟对象材质的时空变化模型及其实时计算，虚实混合环境的一致性表现和相互作用，任意曲面的多通道投影显示技术与装置等。

计算机动画与游戏

计算机动画与游戏是计算机图形学的一个重要研究方向，重点研究基于物理模型的运动模拟，人工生命与行为动画，三维游戏的引擎技术，面向移动平台的游戏技术等。

面向领域的可视计算与分析

信息获取和网络技术的快速发展使得现代社会不知不觉地进入了一个信息爆炸的时代，各种空间及其属性信息、医学影象信息、生命遗传信息、气象信息等等，每时每刻都呈现在我们的周围，为人类生活提供了极大的便利。但过量的信息同时又困扰着人们，我们需要便捷、可靠的信息服务。如何在信息的“海洋”中快速地分析提炼得到所需信息，已成为当前信息领域的核心研究问题之一。一种自然的想法是提高机器处理的智能性，实现按需的智能服务，但这离实际要求仍有很大的距离。面对机器智能的不足，近年来人们开始考虑将用户的智能和机器智能有机地联结起来，通过可视化的环境和方便的交互模式，结合智能信息处理手段，实现高效的信息可视处理和分析。基于实验室在可视化方面的研究基础，我们将重点开展以下四方面的交叉研究：

（1） 生物医学领域的信息处理和可视分析。重点研究生物分子结构的可视分析，适用于海量数据的信息可视化基础算法，基于OMICS生物数据的生物标志物检测的可视分析，基于扩散张量成像（DTI）的心、脑功能的可视分析，传统医学图象的可视分析等。

（2） 电磁、红外等信号的可视计算。重点研究复杂场景/对象的电磁、红外信号的高效计算模拟技术，多光谱图像合成技术等。

（3） 体数据的可视化及其分析。重点研究基于新型计算架构的大规模体数据的交互可视化技术，自适应传输函数的构造与设计方法，空间大尺度数据分析驱动的可视化技术等。

（4） 海量数据的表达及判别分析。重点研究机器学习理论和方法，大规模稀疏正交矩阵的高效特征分解，基于流形和图结构的数据表达和判别分析以及图象检索等。

973项目

虚拟现实的基础理论、算法及其实现

混合现实的理论算法

863项目

大规模复杂场景的高效建模和实时绘制新技术研究

跨企业异构CAD/CAM软件细粒度互操作技术研究

影视特效制作新技术研究

国家自然科学基金

·杰出青年基金

.可视媒体的融合与数字角色的生成研究

.计算机图形学

.新型材料的力学问题

·重点项目

.跨媒体海量信息的综合检索与智能技术的研究

.蛋白质结构的分子场建模、表达与分析

.远程沉浸式虚拟奥运博物馆关键技术的研究

·面上项目

.中国传统图形艺术计算机建模与绘制

.几何设计与计算最优化研究

.机械对称性理论及其在设计中应用规律的研究

·青年基金

.采样无关的网络曲面表示与处理方法

.预计算的辐射传递理论与方法

·国际合作

.显示技术与图形学

科技部支撑计划

.个性化鞋楦计算机辅助设计软件系统

省部级项目及其他

.面向机电装备设计资源高效重用的三维CAD模型检索研究

.面向动漫的纹理设计平台