CHS: Small: A wave optics foundation for predictive materials in computer graphics

CHS:小:计算机图形学中预测材料的波动光学基础

基本信息

  • 批准号:
    1909467
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 49.98万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-07-15 至 2023-06-30
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Simulating how light reflects from surfaces is crucial to rendering realistic computer-generated images. Rendering is increasingly being used in applications, from product design to advertising to mass customization, that require representations of specific materials that are accurate enough to use for design and purchasing decisions, but current research on increasing accuracy and detail in reflection models is running up against fundamental limits of the ray optics approach that is traditionally used in computer graphics. This research aims to build a new foundation for materials in computer graphics based on the more accurate physics of wave optics, creating a new set of reflectance modeling tools that can be used to make existing models more accurate and to develop new models where they are needed. Renderings that can truly predict the appearance of new materials from their physical structure will have broad impact by enabling new and deeper integration of computer graphics into design, engineering, and manufacturing.New applications of computer graphics increasingly require models that can accurately predict light scattering based on information about the small-scale structure and optical properties of a material. In a great many cases these predictive models cannot be obtained using the traditional ray (geometric) optics approach, because materials have geometric structure at scales that overlap with the wavelengths of visible light. On the other hand, the traditional models developed for animation, visual effects, and games can effectively describe, though not predict, the appearance of many materials. These models need not be abandoned to achieve predictive appearance modeling, but principled ways to get from material descriptions to model parameters are needed. This work will put appearance models for graphics on a solid foundation of wave optics simulations that will clearly establish which materials can be accurately modeled using traditional models directly, which require adjustments to the parameters of those models, and which require new or generalized models to be able to render them adequately. Methods for finding model parameters to match given structures will be developed, as well as new models for phenomena that can't be described by existing ones.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
模拟光线如何从表面反射对于渲染逼真的计算机生成图像至关重要。渲染越来越多地用于从产品设计到广告再到大规模定制的应用中,这些应用需要足够精确的特定材料表示以用于设计和购买决策,但目前关于反射模型中增加精度和细节的研究正在与传统上用于计算机图形学的射线光学方法的基本限制相抵触。 这项研究旨在基于更精确的波动光学物理学为计算机图形学中的材料建立一个新的基础,创建一套新的反射率建模工具,可用于使现有模型更准确,并在需要时开发新模型。通过将计算机图形学更深入地融入设计、工程和制造,能够从材料的物理结构中真实预测其外观的渲染将产生广泛的影响。计算机图形学的新应用越来越需要能够根据材料的小尺度结构和光学特性信息准确预测光散射的模型。在很多情况下,这些预测模型不能使用传统的射线(几何)光学方法获得,因为材料在与可见光波长重叠的尺度上具有几何结构。另一方面,为动画、视觉效果和游戏开发的传统模型可以有效地描述(尽管不能预测)许多材料的外观。这些模型不需要被放弃来实现预测外观建模,但是需要从材料描述到模型参数的原则性方法。 这项工作将把图形的外观模型建立在波动光学模拟的坚实基础上,这将清楚地确定哪些材料可以直接使用传统模型精确建模,哪些需要调整这些模型的参数,哪些需要新的或通用的模型才能充分渲染它们。该奖项反映了NSF的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(6)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Iridescent Water Droplets Beyond Mie Scattering
超越米氏散射的虹彩水滴
  • DOI:
    10.1111/cgf.14893
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Xia, Mengqi;Walter, Bruce;Marschner, Steve
  • 通讯作者:
    Marschner, Steve
A wave optics based fiber scattering model
  • DOI:
    10.1145/3414685.3417841
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Mengqi Xia;B. Walter;E. Michielssen;D. Bindel;Steve Marschner
  • 通讯作者:
    Mengqi Xia;B. Walter;E. Michielssen;D. Bindel;Steve Marschner
A Practical Wave Optics Reflection Model for Hair and Fur
  • DOI:
    10.1145/3592446
  • 发表时间:
    2023-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Mengqi Xia;B. Walter;C. Hery;Olivier Maury;E. Michielssen;Steve Marschner
  • 通讯作者:
    Mengqi Xia;B. Walter;C. Hery;Olivier Maury;E. Michielssen;Steve Marschner
Gaussian Product Sampling for Rendering Layered Materials
用于渲染分层材质的高斯积采样
  • DOI:
    10.1111/cgf.13883
  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.5
  • 作者:
    Xia, Mengqi;Walter, Bruce;Hery, Christophe;Marschner, Steve
  • 通讯作者:
    Marschner, Steve
A Full-Wave Reference Simulator for Computing Surface Reflectance
  • DOI:
    10.1145/3592414
  • 发表时间:
    2023-07
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Yunchen Yu;Mengqi Xia;B. Walter;E. Michielssen;Steve Marschner
  • 通讯作者:
    Yunchen Yu;Mengqi Xia;B. Walter;E. Michielssen;Steve Marschner
{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Steve Marschner其他文献

Measuring and modeling the appearance of finished wood
测量和建模成品木材的外观
  • DOI:
  • 发表时间:
    2005
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Steve Marschner;Stephen H. Westin;A. Arbree;Jonathan T. Moon
  • 通讯作者:
    Jonathan T. Moon
Visual Texture
视觉质感
Estimating dual-scale properties of glossy surfaces from step-edge lighting
通过阶梯边缘照明估计光泽表面的双尺度特性
  • DOI:
  • 发表时间:
    2011
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.2
  • 作者:
    Chun;Noah Snavely;Steve Marschner
  • 通讯作者:
    Steve Marschner
Reflectance Measurements of Human Skin
人体皮肤的反射率测量
  • DOI:
  • 发表时间:
    1999
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Steve Marschner;Stephen H. Westin;Eric P. Lafortune;K. Torrance;D. Greenberg
  • 通讯作者:
    D. Greenberg
Brush stroke synthesis with a generative adversarial network driven by physically based simulation
通过基于物理的模拟驱动的生成对抗网络进行笔触合成
  • DOI:
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Rundong Wu;Zhili Chen;Zhaowen Wang;Jimei Yang;Steve Marschner
  • 通讯作者:
    Steve Marschner

Steve Marschner的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

{{ truncateString('Steve Marschner', 18)}}的其他基金

Collaborative Research: HCC: Medium: Neural Materials for Realistic Computer Graphics
合作研究:HCC:媒介:用于逼真计算机图形的神经材料
  • 批准号:
    2212084
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CHS: Medium: Collaborative Research: Fast Photorealistic Computer Graphics Rendering of Non-Smooth Surfaces
CHS:媒介:协作研究:非光滑表面的快速真实感计算机图形渲染
  • 批准号:
    1704540
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CM/Collaborative Research: Simulation-based Software Tools for Automated Knitting
CM/协作研究:基于仿真的自动针织软件工具
  • 批准号:
    1644523
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CHS: Medium: Collaborative Research: Integrated Simulation of Cloth Mechanics and Appearance for Predictive Virtual Prototyping
CHS:媒介:协作研究:用于预测虚拟原型制作的布料力学和外观集成仿真
  • 批准号:
    1513967
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Standard Grant
HCC: Large: Collaborative Research: Beyond Flat Images: Acquiring, Processing and Fabricating Visually Rich Material Appearance
HCC:大型:协作研究:超越平面图像:获取、处理和制造视觉丰富的材料外观
  • 批准号:
    1011919
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Accurate and Efficient Visual Simulation of Fiber-based Mechanical Structures
纤维机械结构的准确高效的视觉模拟
  • 批准号:
    0702490
  • 财政年份:
    2007
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Unifying Geometric and Volumetric Light Scattering for Accurate Rendering of Dense Geometry
统一几何和体积光散射以精确渲染密集几何
  • 批准号:
    0541105
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
CAREER: Modeling the Properties and Appearance of Materials
职业:对材料的属性和外观进行建模
  • 批准号:
    0347303
  • 财政年份:
    2004
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Continuing Grant

相似国自然基金

昼夜节律性small RNA在血斑形成时间推断中的法医学应用研究
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2024
  • 资助金额:
    0.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
tRNA-derived small RNA上调YBX1/CCL5通路参与硼替佐米诱导慢性疼痛的机制研究
  • 批准号:
    n/a
  • 批准年份:
    2022
  • 资助金额:
    10.0 万元
  • 项目类别:
    省市级项目
Small RNA调控I-F型CRISPR-Cas适应性免疫性的应答及分子机制
  • 批准号:
    32000033
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    24.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Small RNAs调控解淀粉芽胞杆菌FZB42生防功能的机制研究
  • 批准号:
    31972324
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    58.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
变异链球菌small RNAs连接LuxS密度感应与生物膜形成的机制研究
  • 批准号:
    81900988
  • 批准年份:
    2019
  • 资助金额:
    21.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
肠道细菌关键small RNAs在克罗恩病发生发展中的功能和作用机制
  • 批准号:
    31870821
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    56.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于small RNA 测序技术解析鸽分泌鸽乳的分子机制
  • 批准号:
    31802058
  • 批准年份:
    2018
  • 资助金额:
    26.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
Small RNA介导的DNA甲基化调控的水稻草矮病毒致病机制
  • 批准号:
    31772128
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    60.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
基于small RNA-seq的针灸治疗桥本甲状腺炎的免疫调控机制研究
  • 批准号:
    81704176
  • 批准年份:
    2017
  • 资助金额:
    20.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
水稻OsSGS3与OsHEN1调控small RNAs合成及其对抗病性的调节
  • 批准号:
    91640114
  • 批准年份:
    2016
  • 资助金额:
    85.0 万元
  • 项目类别:
    重大研究计划

相似海外基金

NeTS: Small: NSF-DST: Modernizing Underground Mining Operations with Millimeter-Wave Imaging and Networking
NeTS:小型:NSF-DST:利用毫米波成像和网络实现地下采矿作业现代化
  • 批准号:
    2342833
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CIF: Small: Signal Processing and Learning for NOMA Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
CIF:小型:NOMA 毫米波大规模 MIMO 系统的信号处理和学习
  • 批准号:
    2413622
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CC* Integration-Small: M2- NET: An Integrated Access and Backhaul Millimeter-wave Wireless Network for Campus Connectivity and Research
CC* Integration-Small:M2-NET:用于校园连接和研究的集成接入和回程毫米波无线网络
  • 批准号:
    2346621
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Standard Grant
GWMODELS. Next-generation models of gravitational-wave sources: harnessing the small-mass-ratio limit
GW模型。
  • 批准号:
    EP/Y008251/1
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Research Grant
SBIR Phase I: A wave attenuation technology for oyster reef restoration and small dock protection
SBIR 第一阶段:用于牡蛎礁恢复和小型码头保护的波浪衰减技术
  • 批准号:
    2223944
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Standard Grant
CNS Core: Small: Non-contact Monitoring of Respiration and Heart Rates Through Light-wave Sensing
CNS 核心:小型:通过光波传感非接触式监测呼吸和心率
  • 批准号:
    2323301
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Aortic stiffness, wave reflection, and cerebrovascular flow pulsatility: relations with brain small vessel disease and cognitive function in a middle-aged cohort
主动脉僵硬度、波反射和脑血管血流搏动:与中年队列中脑小血管疾病和认知功能的关系
  • 批准号:
    10662819
  • 财政年份:
    2023
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
CIF: Small: Signal Processing and Learning for NOMA Millimeter-Wave Massive MIMO Systems
CIF:小型:NOMA 毫米波大规模 MIMO 系统的信号处理和学习
  • 批准号:
    2136202
  • 财政年份:
    2022
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Standard Grant
SBIR Phase I: A novel small-scale wave energy converter for marine equipment or emergency devices
SBIR第一阶段:用于船舶设备或应急装置的新型小型波浪能转换器
  • 批准号:
    2111581
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Standard Grant
NSF-AoF: CNS Core: Small: AERIAL: Air-to-Ground Channel Modeling and Tracking at Millimeter-Wave
NSF-AoF:CNS 核心:小型:空中:毫米波空对地通道建模和跟踪
  • 批准号:
    2133662
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 49.98万
  • 项目类别:
    Standard Grant
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了