数据驱动的大规模水面动画合成方法

王承博，朱登明

(1.中国科学院计算技术研究所虚拟现实实验室，北京 100190；2.中国科学院大学，北京 100049)

水是自然界中最为普遍的物质之一，它的存在使得世界更加生动多样。随着多年的研究发展，水的动画合成与模拟取得了大量的研究成果，并被广泛地应用于虚拟现实、影视动漫、游戏娱乐等行业中，极大提高了场景的真实性。传统的水动画合成方法可以分为两类：基于波面造型的方法和基于物理的方法。基于波面造型的方法通过参数曲面合成和噪声合成的方法近似模拟水表面的高度场，此类方法运算量小，可以达到实时，但是生成的水面简单，缺乏细节。基于物理的方法通过求解流体动力学方程来模拟水的运动，此类方法合成的水面具有高度的真实感，但其包含大量的数值计算，求解步骤复杂且非常耗时。

基于视频的方法是近几年才逐渐发展起来的一种研究思路，该方法直接从自然现象中提取特征进行表面重建，具有内在的物理真实性，并且抛开了复杂的物理方程求解，计算速度得到了提高。但目前已有的方法其结果受限于拍摄范围和重建精度的制约，不能在规模和细节之间取得较好的平衡。本文提出了一种新的合成框架，基于视频重建出具有各种运动细节的水面，然后对这些水面进行采样，将采样出的等大小的规则面片进行有重叠的融合拼接，从而得到细节丰富且具有任意规模的水动画。

1 相关工作

1.1 基于视频的水面重建

从视频中提取流体运动信息进行表面重建从而合成水面动画是一个较新的研究方向，近年来已有的研究方法根据重建对象的规模大小可以分为两类：室内可控水体重建和室外大规模水体重建。……