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影视特效的需求推动着计算机图形学技术的发展,计算机图形学技术对影视行业也有着巨大的影响。建模与渲染是计算机图形学重要的研究与应用领域。研究人员研究出来许多渲染算法,如今的商业的渲染引擎大多支持多种渲染算法,其中Renderman规范的渲染器在渲染领域有着非同一般的地位。电影中逼真的物体是通过建模来表示的,Catmull-Clark细分曲面兼具NURBS和多边形的优点,既支持任意拓扑又能达到光滑的效果,是一种有效的建模方式。由于早期计算机性能较低,并且细分算法又比较耗时,细分曲面在过去很多年里发展缓慢。随着计算机性能的提升,细分曲面理论的完善和技术的积累,Pixar公司将细分曲面技术应用到了动画电影中。随着Pixar公司释放相关专利和技术,基于Renderman规范的细分曲面应用越来越广泛。细分曲面建模已经成为Maya建模方式的之一。对细分曲面这一重要的模型的支持成为真实感渲染引擎的必备功能。基于Renderman规范的Catmull-Clark层次细分曲面经过完全折痕、半折痕、层次编辑等相关扩展才形成如今的规范。实现基于Renderman规范的细分曲面的有效渲染面临着一些问题,这些问题包括支持层次编辑特征、在Reyes渲染流程中渲染效率问题、在光线跟踪流程中加速结构与渲染效率问题。本文中我们讨论并解决了这些问题。本文的主要贡献：1.提出基于视角的自适应细分算法,该算法对非规则面进行不断细分,将规则面转化为双三次B-样条曲面,并通过着色密度控制双三次B-样条曲面和非规则面的细分过程。2.提出基于场景的渐进式的细分算法。在光线跟踪渲染流程中,只细分对光线计算有影响的细分曲面,避免不必要的细分。此外还改进了层次细分曲面的加速结构,提升了渲染效率。3.在现有的渲染系统上实现对Catmull-Clark层次细分曲面的表示和渲染,并且对网格数据结构、纹理映射计算、包围盒边界、层次编辑特征计算进行有效的实现。通过本文的工作,RenderWing渲染器已经完全支持基于Renderman规范的Catmull-Clark层次细分曲面。本文对纹理映射,包围盒边界问题进行了相应的测试,问题都得到了解决。本文在Reyes渲染流程和光线跟踪渲染流程中测试了相应的细分算法,结果表明,本文实现已经满足了商业动画电影对层次细分曲面的要求。