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长期以来，计算机图形学研究的主流为真实感图形，即如何将三维场景绘制得像照片一样真实，相关产业的发展推动着技术迅速进步，电影电视的场景已经达到了真假难辨的程度。然而，并非所有的行业都要求真实感，比如CAD、动画、游戏追求效果要类似于设计师、艺术家的风格，以便用户获得更为精细的产品信息或多种风格的艺术享受。计算机图形图像的目标在于传递信息，绘制方式应该以用户感知为中心。本文基于用户的生理感知，围绕计算机图形生成的相关技术进行了研究。本论文的研究和创新工作主要包括以下内容：
(1)视点和视线方向是图形绘制的基本要素，用户的观察角度对其感知场景的信息起着关键作用。为了在三维模型浏览时自动选取一个最佳视点，使用户能够更有效地获取模型信息，提出一种基于人眼感知的自动视点选取算法。算法基于视点信息熵理论和人眼的视觉感知理论，构建出了一个与视点相关的模型视觉特征度量函数；再采用类随机梯度下降法来优化求解该目标函数，确定该度量标准下的最佳视点。实验结果证明，与已有算法相比，采用本文算法自动得到的最佳视点更符合人眼对于三维模型形状的心理感知，通过GPU加速，本文算法速度也大大提高。
(2)基于样本的纹理合成是生成大规模场景画面的关键技术之一。目前的纹理合成算法是以相邻像素之间的颜色连续性为约束条件，对于某些包含显著结构元素的样本纹理，现有像素级纹理合成算法难以保持样本纹理中显著结构元素的完整性及其分布特征。本文提出了一种可保持显著结构元素分布特征的符合高层次人眼感知的纹理合成算法。首先，提取样本纹理中显著结构元素，根据各元素的空间位置建立邻接关系，把结构元素的分布作为马尔可夫随机场模型，分析每个结构元素的邻域信息。在纹理合成过程中，采用邻域匹配算法，在样本纹理中查找最合适的结构元素，并将其添加到目标纹理中。在后处理中通过添加噪声对显著结构元素进行各种随机变换，增加了目标纹理的多样性，实验结果表明，对于半结构性纹理，本文合成结果更符合更高层次人眼感知特征。
(3)如何让用户直观了解装配模型构造及其装配过程是一项极具挑战性的任务，面向感知的复杂装配模型的大量零件位于装配模型内部，用户很难直接查看。本文提出了一个面向感知的装配模型交互可视化系统。在预处理阶段，装配规划子系统建立装配模型的装配约束图以及干涉矩阵，采用迭代法构建模型的有向拆卸图。在运行时刻，可视化子系统根据用户交互以及有向拆卸图实时生成装配模型的动态爆炸图。本文采用了基于图像的图绘制方法来绘制二维装配约束图，提高了用户交互效率。基于装配部件的用户关注程度，提出了一种基于感知的自动颜色选取算法，突出显示用户关注区域。
(4)大规模城市场景高楼临立，信息量巨大。为提高用户从复杂场景中获取所关注信息的效率，本文根据人眼感知理论，对人眼无法感知的细节信息简化绘制，对用户关注信息进行增强绘制。提出了一种基于用户感知的大规模城市场景的表意式绘制算法，系统可以根据用户交互自动选择最合适的绘制方式，每一视图均由真实感绘制、表意式绘制、线绘制等几种算法绘制结果无缝融合而成，旨在突出显示用户关注的建筑，弱化显示容易引起视觉混乱的其他建筑，在运行时刻，用户交互选取所关注的焦点区域，系统即可自动计算每一建筑的显著性，然后根据该显著性值自动选择合适的绘制算法。系统采用GPU来加速绘制，可以达到实时效果。