民航视景仿真的照片级逼真度渲染关键技术研究

This research project is focused on rendering with high fidelity, used for visual simulation in the field of training for civil aviation. Our research is based on the simulation of light transportation by Monte Carlo. Mainly, the topics of this research project include: (1) filtering and reconstruction methods, considering the inter-pixel incoherence and spiky noise, for the synthetic images by Monte Carlo sampling; (2) quantitative evaluations on the noise level presented by pixel samples and how to perform adaptive sampling for the whole image synthesized; (3) the study of functional dependence between pixel value and sample path, and the acceptance probability design, in the framework of Metropolis light transport. The results achieved by this research project will largely benefit to the visual simulation for training in the field of civil aviation. Also importantly, the fruitful results obtained will improve significantly the Monte Carlo based light simulation.

本课题研究民航训练仿真的关键问题：视景的照片级逼真度渲染。课题基于蒙特卡罗的光照传播计算，主要包括：（1）研究光照合成图象的滤波与重建，研究能够统一抑制像素间非一致性噪声和异常噪声的合成图象滤波器，利用相邻帧图象的相关性研究序列图象的滤波；（2）综合考虑像素抽样的随机性与相关性特点，研究评价像素噪声水平的量化指标，研究光照合成图象的自适应抽样；（3）研究Metropolis光照传播计算重要性抽样框架下的接收概率设计，研究合成图象平面上的光照变化与随机光径变化的函数关系、探讨Metropolis光照的本质和机理。研究成果不仅对民航训练仿真视景模拟具有重要的应用价值；在理论上，也促进了基于蒙特卡罗光照计算的照片级逼真度渲染技术的进步。

本课题针对民航训练仿真的关键问题：视景的照片级逼真度渲染，基于蒙特卡罗的光照传播计算进行了研究和探索。取得的成果主要包括：（1）研究了光照合成图象的滤波与重建，提出了基于Metropolis光线跟踪的组合滤波器、一种快速非局域均值图像去噪方法和基于采样点和像素的图像合成去噪方法；（2）综合考虑像素抽样的随机性与相关性特点，提出了基于Grubbs检测的快速高效的脉冲噪声去除方法、基于最大熵原理的混合噪声去除方法和使用网格技术的快速TLS噪声去除算法；（3）在Metropolis光照传播计算重要性抽样框架下，分别给出了基于多重重要性采样的改进、基于突变策略的改进、接收概率的改进和采样分布的改进方法；（4）探讨了可视化方法，给出了基于熵信息的智能快进和智能快件可视化方法、结合Tsallis熵与Jensen距离的视频关键帧抽取方法和时空序列数据可视化分析研究等。这些研究成果不仅对民航训练仿真视景模拟具有重要的应用价值，而且也促进了基于蒙特卡罗光照计算的照片级逼真度渲染技术的进步。