随着计算机图形学的迅速发展,真实感渲染技术在生活中扮演越来越重要的角色。真实感渲染,即在计算机上生成和模拟与现实世界的物体尽量逼真一致的图形,这需要很好地还原材质本身的反射特性。生活中大部分物体是颜色和纹理丰富且不透明的材质,这些材质的表观反射特性可以用SVBRDF（Spatially-varying Bidirectional Reflectance Distribution Function）模型来描述。目前在真实感渲染应用中,真实的SVBRDF材质数据比较缺乏,一般是依靠经验丰富的艺术家进行手工创作和调节,往往耗时严重。而通过材质采集的方式获取真实的SVBRDF数据并进行合理的建模能在一定程度上缓解对于人工的依赖,提高绘制效率。因此,研究更好的材质数据采集方式和更鲁棒的建模方法具有很大的价值和意义。针对SVBRDF数据的采集和建模,本文展开了以下研究:1)研制了一套半球结构的便携式采集系统用于快速准确地进行SVBRDF数据采集。通过在半球结构表面密集分布3个工业相机和52个LED光源,可以采集到SVBRDF上半球空间的绝大部分反射信息。通过整体半球的机械结构及光学优化处理、多线程控制并行采集等方式,保证采集设备具有较快的采集速度和较高的采集精度。此外,整体结构的小巧轻便,使得材质采集更加便捷。2)提出了多光源采集下的像素级BRDF拟合建模方式。通过同时开启多个光源的模式进行反射特性的采集,并将多光源采集模式下的每个像素信息建模为多个不同光照方向BRDF的线性组合。多光源采集模式相比单光源采集模式有更高的采集速度和采集图像信噪比,还能进一步压缩数据,丰富材质采集的模式。3)提出了基于颜色聚类及光度立体的SVBRDF参数估计方法。首先通过光度立体方法恢复材质的法向贴图,然后引入图像自相似的材质先验,通过迭代聚类的思想搜索具有相似反射属性的像素,接着采用两次拟合的方式求解参数,第一次通过聚类拟合同一类材质像素降低部分像素信息不可靠的影响得到镜面反射系数和粗糙度贴图,第二次通过逐像素拟合漫反射系数来恢复材质的细节和真实感。