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技术发明奖公示内容 一、项目名称 虚拟现实的沉浸式交互模拟呈现技术与支撑平台 二、推荐专家意见 推荐人： 陈 纯，中国工程院院士，浙江大学教授，计算机科学与技术学科 王恩东，中国工程院院士，浪潮集团首席科学家，计算机科学与技术学科 龚健雅，中国科学院院士，武汉大学教授，测绘科学与技术学科 推荐意见： 虚拟环境的沉浸式视觉模拟呈现是虚拟现实和互动影视的共性核心技术，需 要交互模拟虚拟场景的运动变化和光能辐射传播二种高度非线性的物理行为，一 直是虚拟现实的重要技术挑战。传统技术通过牺牲物理真实性和计算精度来优先 满足系统的交互响应需求，严重影响了虚拟现实系统视觉感知的沉浸性和深度应 用。在 973 等国家科技计划的支持下，该项目在这一关键技术方面取得了重要突 破，发明了景物几何表观纹理模型的自动重建和优化、景物物理行为的交互模拟、 大规模场景的实时高保真绘制、任意不规则表面的多投影融合呈现等创新技术， 显著提升了虚拟场景建模和模拟呈现的真实性和效率。项目在流形网格上的四维 周期向量场和空间三维标架场表达和优化构造、旋转-应变空间的弹性形变模拟 技术上为首创。基于这些创新技术，自主研发了虚拟现实支撑软件平台，具有良 好的性能和可伸缩性，能交互模拟呈现大规模虚拟场景，为虚拟现实应用系统的 高效开发提供了基础软件工具。 项目获得了包括发明专利、软件著作权和论著的一批知识产权，成果得到了 国际学术界的高度评价和引用。项目通过软件开源、免费授权和有偿应用等方式， 拥有了较大规模的学术界和产业界用户，推动了虚拟现实技术的研发和应用，并 构建了一批展馆、展会虚拟现实系统，接待了大量参观群众，推动了先进文化传 播，产生了很好的社会效益。应用该项发明成果，多家合作企业分别成功研发了 数字互动娱乐、三维扫描和模拟仿真等产品系统，具有先进的技术和很强的竞争 力，产生了很好的经济效益，有力促进了我国虚拟现实技术的进步和数字创意产 业的发展。 鉴于该项发明成果具有很好的技术创新性和实际应用价值，部分成果曾获 2011 年高等学校优秀成果科技进步一等奖，特推荐该项目申报国家科学技术发 明奖。 三、项目简介 发展前沿的虚拟现实和互动影视技术，促进数字创意产业的发展已列入我国 “十三五”规划，是国家战略发展的重要举措。然而，我国相关研究起步较晚， 核心技术和装备长期被发达国家垄断，严重制约了我国虚拟现实和数字创意技术 的进步和产业发展。沉浸式交互视觉模拟呈现是二者的共性核心技术，需要高保 真交互模拟虚拟环境的运动变化和光能辐射传输两种非线性复杂物理行为，亟需 从基础理论到核心技术和支撑软件的自主创新，以抢占新一轮国际竞争的制高点， 打破依赖进口的格局。 项目历经十余年持续攻关，在 973 计划等项目支持下，率先开展了虚拟环境 的优化表达和视觉模拟呈现的理论方法、关键技术和支撑软件的研究，在多项核 心技术上取得了突破，形成了具国际先进水平的技术成果和系统，大幅提升了虚 拟环境体验的视觉沉浸性，推动了我国数字创意产业的发展。主要创新如下： （1） 景物几何纹理模型的自动重建和优化技术。针对复杂景物高质量高效建模 的技术瓶颈，发明了视频场景的特征鲁棒跟踪匹配和时空一致的稠密深度 恢复技术，实现了景物几何纹理的高精度自动重建；首次提出了景物流形 表面四维周期向量场的表达和优化构造方法，实现了高质量、保特征的自 动重网格化；重建几何精度相对拍摄距离小于 5% 。 （2 ） 景物的交互运动形变模拟技术。针对物理行为模拟的维度和高非线性性， 首次提出了三维标架场、旋转-应变空间的表达方法，发明了复杂景物的 纯六面体网格自动剖分、实时连续碰撞检测和动力学模拟技术，同等精度 下碰撞检测和形变模拟效率分别提升 1 个和 3 个数量级。 （3 ） 复杂虚拟环境的实时逼真呈现技术。针对呈现逼真性与实时性的固有矛盾， 发明了虚拟环境全局光能传输的稀疏采样表达和实时并行优化绘制技术， 攻克了不规则表面的多投影自适应、超高分辨率融合呈现的技术难题，实 现了小规模动态场景全局光照效果的实时高清呈现（平均帧率25 帧/秒）。 （4 ） 虚拟现实支撑软件平台。发明了分布式 CPU 和众核 GPU 异步并行的计算