2015年12月2日晚，我校“產(chǎn)業(yè)之光”系列講座在張江校區(qū)舉行。本次講座嘉賓是來(lái)自上海兆芯集成電路有限公司架構(gòu)設(shè)計(jì)部高級(jí)經(jīng)理王淵峰博士，他從方位、建模、光影、裁剪、細(xì)節(jié)五個(gè)方面為同學(xué)們講述了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)日新月異的發(fā)展。

首先王博士帶同學(xué)們走進(jìn)“建模之旅”。在3D技術(shù)的發(fā)展帶動(dòng)下，越來(lái)越多的電影采用3D合成技術(shù)，這就需要用到3D攝影機(jī)記錄真實(shí)人物的表情動(dòng)作后通過(guò)計(jì)算機(jī)合成為人物動(dòng)作數(shù)據(jù)，從而在一系列電影中的虛擬角色、合成角色的臉上和身上再現(xiàn)真實(shí)人物的表情和動(dòng)作，達(dá)到極其逼真的效果。

接下來(lái)王博士說(shuō)到“方位之旅”。以游戲的發(fā)展歷程為例，從最初的2D平面游戲，到后來(lái)發(fā)展出3D背景、2D貼圖以及2.5D的游戲，到如今涌現(xiàn)出的全3D環(huán)境的游戲，計(jì)算機(jī)對(duì)3D物體方位的計(jì)算已經(jīng)達(dá)到了非常精妙的程度。王博士從數(shù)學(xué)的角度簡(jiǎn)要地介紹了計(jì)算機(jī)如何通過(guò)平行變換、透視變換，以矩陣乘法為途徑可以完成2D物體升維到3D的過(guò)程。每個(gè)3D物體的位置變換往往需要龐大的計(jì)算過(guò)程，得益于計(jì)算機(jī)計(jì)算速度的發(fā)展，人們已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)越來(lái)越精細(xì)的動(dòng)作過(guò)程。

在其后的“光影之旅”中，王博士告訴我們，現(xiàn)今游戲和各種畫(huà)面光的設(shè)計(jì)和計(jì)算主要有光跡追蹤和光柵化兩種方法，影的設(shè)計(jì)和計(jì)算則主要有陰影體或陰影貼圖。同時(shí)，不同的材質(zhì)、光源也會(huì)對(duì)光影產(chǎn)生一系列影響，若是想要盡可能真實(shí)地還原一個(gè)場(chǎng)景，需要綜合考慮各個(gè)方面，包括環(huán)境光的強(qiáng)弱、顏色，反射物質(zhì)的材質(zhì)、細(xì)節(jié)等。綜合考慮之后雖然會(huì)增加幾何倍數(shù)的計(jì)算量，然而對(duì)環(huán)境的還原真實(shí)度的確會(huì)顯著提高。

接下來(lái)王博士帶同學(xué)們走進(jìn)“效率之旅”。效率的提高得益于一系列優(yōu)化和裁剪。比如說(shuō)，為了節(jié)約計(jì)算機(jī)游戲畫(huà)面進(jìn)行過(guò)程中的計(jì)算量，需要根據(jù)視野對(duì)環(huán)境畫(huà)面進(jìn)行裁剪，去除眼睛看不到的背面內(nèi)容，因此3D世界中的人物被稱(chēng)為“空心人”，他們的建模過(guò)程中從不考慮體內(nèi)的器官，通過(guò)裁剪提高了效率。另一方面，深度遮擋是現(xiàn)今游戲中功勞最大的優(yōu)化算法之一，通過(guò)優(yōu)化可以使計(jì)算機(jī)對(duì)被較前物體遮擋的背面建筑、紋理進(jìn)行屏蔽，很大程度上節(jié)省了計(jì)算成本。

最后，同學(xué)們進(jìn)入“細(xì)節(jié)之旅”。王博士首先介紹了貼圖手法，這是種將事先計(jì)算得到的紋理在需要的位置和范圍進(jìn)行貼圖，從而無(wú)需實(shí)時(shí)計(jì)算需要的效果。紋理之上還可以疊加紋理，從而可以在粼粼水波上疊加陽(yáng)光效果、在一個(gè)類(lèi)水晶球的物體表面反映出周?chē)膹?fù)雜環(huán)境。然而貼圖也并非毫無(wú)成本，對(duì)于細(xì)節(jié)的追求必定會(huì)要求越來(lái)越精細(xì)的構(gòu)圖，還有很大提升的空間。

在講座最后的提問(wèn)環(huán)節(jié)中，王博士和同學(xué)們關(guān)于游戲和硬件等進(jìn)行了熱烈的討論。有同學(xué)提到，現(xiàn)今圖形學(xué)的細(xì)節(jié)對(duì)于普通用戶(hù)來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠，想了解今后還能有什么發(fā)展前景。王博士告訴同學(xué)們，精密的圖形計(jì)算其實(shí)還有很大的提升空間，特別是對(duì)于今后發(fā)展熱門(mén)VR技術(shù)而言，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)仍需要進(jìn)行大量的細(xì)致研究。他說(shuō)，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)可謂是計(jì)算機(jī)科學(xué)里“顏值”最高的學(xué)科，不同精度的畫(huà)面圖形計(jì)算會(huì)帶來(lái)差異巨大的環(huán)境效果。今后的圖形學(xué)有待于青年學(xué)者的貢獻(xiàn)，希望同學(xué)們有興趣也能投身這方面的研究，共同見(jiàn)證和參與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的發(fā)展進(jìn)步。