计算机图形学 计算机动画
第六章_计算机动画
左图显示一个被贴了标示物（白色小球）的演员在 场地中跑步，右图是Vicon370系统所采用的特殊红 外照相机，只捕捉白色标示物。
3、二维动画软件
Animator Studio Flash Ulead Gif Animator
Animation Stand二维卡通软件
Animation Stand是一个流行的非常二维卡通 软件，全球最大卡通动画公司如沃尔特、华纳 兄弟、迪斯尼和Nckelodeon，皆曾采用 Animation Stand作为二维卡通动画软件，用 于生产最原本的图样、独创的和完全动画化的 系列片，为娱乐业的商业应用。
2、二维动画的制作过程
(1) 制作声音对白和背景音乐 (2) 制作关键画面 (3) 绘制动画画面 (4) 复制到胶片上 (5) 上色 (6) 核实检查动画画稿 (7) 拍摄电影胶片 (8) 后期制作
三维动画的制作过程
在动画技术当中，最有魅力并应用最广的当然是三 维动画。因为我们的世界是立体的，只有三维才让 我们感到更真实。二维动画可以看成三维动画的一 个分支，它的制作难度及对电脑性能的要求都远远 低于三维动画。 三维动画之所以被称作计算机生成动画，是因为参 加动画的对象不是简单地由外部输入的，而是根据 三维数据在计算机内部生成的，运动轨迹和动作的 设计也是在三维空间中考虑的。 计算机3D动画的制作过程主要有建模、编辑质材、 贴图、灯光、动画编辑和渲染几个步骤。
动画原理
● 早期的动画 ● 视觉效果
观看动画的机器1906
教学进程
什么是动画
动画是通过连续播放一系列画面，给视觉造成连续变化 的图画。 基本原理与电影、电视一样，都是视觉原理。医学已证 明，人类具有“视觉暂留”的特性，就是说人的眼睛看到 一幅画或一个物体后，在1/24秒内不会消失。利用这一 原理，在一幅画还没有消失前播放出下一幅画，就会给 人造成一种流畅的视觉变化效果。 电影采用了每秒24幅画面的速度拍摄播放，电视采用了 每秒25幅（PAL制）或30幅（NSTC制）画面的速度拍摄 播放。如果以每秒低于24幅画面的速度拍摄播放，就会 出现停顿现象。
计算机动画技术
汇报人： 2024-01-09
目录
• 计算机动画技术概述 • 计算机动画制作流程 • 计算机动画技术原理 • 计算机动画软件与工具 • 计算机动画技术挑战与未来发
展 • 计算机动画技术案例分析
01
计算机动画技术概述
定义与特点
定义
计算机动画技术是一种利用计算 机生成连续动态图像的技术，通 过模拟物体运动轨迹和形态变化 ，生成具有真实感的动态画面。
动画制作
角色动画
根据故事情节，为角色添加动作和表情，使其生 动活泼。
镜头运动
设计镜头的运动轨迹，包括推拉、摇移和跟拍等 。
特效制作
根据需要，添加烟雾、火焰或水流等特效。
渲染与后期处理
渲染输出
通过渲染引擎，将三维场景渲染成二维图像。
后期合成
将渲染出的图像与音效、配乐等素材进行合成，形成完整的动画。
蒙皮技术则是将模型表面与骨骼系统绑定，通过骨骼的运动来影响模型表面的变形 。
骨骼动画与蒙皮技术适用于创建逼真的生物运动效果，如人物行走、奔跑和跳跃等 。
粒子系统与流体模拟
粒子系统是一种模拟大量微观 粒子的运动和相互作用的计算 机图形技术。
流体模拟则是模拟液体的流动 和变形，如水流、火焰和烟雾 等效果。
特点
计算机动画技术具有逼真度高、 制作周期短、成本低廉等优点， 广泛应用于电影、电视、游戏、 广告等领域。
计算机动画技术的应用领域
电影与电视
游戏开发
计算机动画技术在电影和电视制作中广泛 应用，用于制作特效、场景、角色等，提 升视觉效果。
计算机动画技术在游戏开发中用于创建逼 真的角色、场景和特效，提高游戏的可玩 性和沉浸感。
AI与机器学习在计算机动画中的应用
计算机图形学考试简答题复习.doc
计算机图形学考试简答题复习1、简述计算机动画的概念，它经历了哪几个阶段的发展？（2分）计算机动画是指采用图形与图像的处理技术，借助于编程或动画制作软件牛成一系列的景物画而，其屮当前帧是前一帧的部分修改。
计算机动画是采用连续播放静止图像的方法产生物体运动的效果。
60年代：二维计算机辅助动画系统70年代：三维图形与动画的基本技术的开发；80年代：优化70年代出现的模型和阴影技术；90年代：动力学仿真技术、三维仿真演员系统2、计算机图形学、图彖处理、计算机视觉这三者Z间有什么联系和区别？（2分）1.数字图像处理主要研究的内容数字图像处理（digital image processing）是用计算机对图像信息进行处理的一门技术，使利用计算机对图像进行各种处理的技术和方法。
数字图像处理主要研究的内容有以下几个方面：1）图像变换由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大。
因此，往往采用各种图像变换的方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理（如傅立叶变换可在频域中进行数字滤波处理）。
目询新兴研究的小波变换在吋域和频域屮都具有良好的局部化特性，它在图像处理屮也有着广泛而有效的应用。
2）图像编码压缩图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量（即比特数），以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。
压缩可以在不失真的前提下获得，也可以在允许的失真条件卜•进行。
编码是压缩技术中最重要的方法，它在图像处理技术中是发展最早且比较成熟的技术。
3）图像增强和复原图像增强和复原的口的是为了提高图像的质量，如去除噪声，提高图像的清晰度等。
图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像中所感兴趣的部分。
如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明显；如强化低频分量可减少图像屮噪声影响。
图像复原要求对图像降质的原因有一定的了解，一般讲应根据降质过程建立”降质模型”，再采用某种滤波方法，恢复或重建原来的图像。
计算机动画
计算机动画所谓动画也就使一幅图像“活”起来的过程。
使用动画可以清楚的表现出一个事件的过程，或是展现一个活灵活现的画面。
动画是一门通过在连续多格的胶片上拍摄一系列单个画面，从而产生动态视觉的技术和艺术，这种视觉是通过将胶片以一定的数率放映体现出来的。
而计算机动画是指采用图形与图像的处理技术，借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面，其中当前帧是前一帧的部分修改。
计算机动画是采用连续播放静止图像的方法产生物体运动的效果。
计算机动画分：二维动画和三维动画。
二维动画：平面上的画面。
纸张、照片或计算机屏幕显示，无论画面的立体感多强，终究是二维空间上模拟真实三维空间效果。
三维动画：画中的景物有正面、侧面和反面，调整三维空间的视点，能够看到不同的内容。
1.计算机动画的发展历史：随着计算机图形学的不断发展，计算机在动画制作过程中发挥的作用也越来越大，现今动画片的制作是很少能离开得计算机。
传统的动画采用连续画面技术，将一系列手工制作的单独画面拍摄在胶片上，以每秒24帧的速度播放，利用人的视觉暂留产生动作变化的效果，形成连续的动画。
计算机动画是借助计算机生成一系列动态实时演播的连续图像技术。
计算机动画的研究始于20世纪60年代初。
1963年美国A T&T Bell实验室制作了第一部计算机动画片。
在80年代之前，计算机动画主要集中于二维动画系统的研制，应用于教学演示和辅助传统的动画片制作。
三维动画的研究始于70年代初，当时开发了一些三维计算机动画系统。
直至80年代中后期，由于具有实时处理能力的超级图形工作站的出现，三维几何造型技术和真实感图形生成技术取得很大进展，促进了具有高度逼真效果的三维计算机动画技术迅速发展，并达到实用商品化地步。
到90年代初，计算机动画技术应用于电影特技取得了显著成就。
与此同时，为适应科学研究与复杂系统中的动态模拟、视觉模拟、机器人学和生物力学等领域的需求，基于物理的造型和动画的研究的开展，已成为计算机动画研究中的一个重要课题。
计算机动画研究简析
（） ２ 隐式 曲面 的造型和 动画研究 。２ ０世纪 ８ ０年代初期 开始 ，出 现 了一种新 的元球 造型技术 （ ｅ ａ ａ １ ，并且逐渐成为人们研究 ｍ ｔ １ ） ｂ 的热点 ，元球造 型属于隐式 曲面造型 ，该技术采用具有等 势场值的 点 集来定 义 曲面 ，其 在表 现水 滴等可 变形 的物体 方 面有很 大的优 势 ，因而 对于 柔性 物体 的动 画非 常有 效。 （ 运动捕 获和运 动重现。运动捕获 （ ｏ １ ｎ ａ ｔ ｒ 采 ３） ｍ ｔ ｏ ｃ ｐ ｕ ｅ） 用软硬件 系统记 录表演者 的真 实运动信息 ，并把动作过程 复制到虚 拟人 物上 。运 动捕 获 技术 在 电影 中取 得 了非常 大 的成 功 ，《 指环 王 》中虚拟 角色古鲁姆 的大部分肢体和脸 部表情动作 以及树怪 的动 作就 是 通 过 捕 获 表 演者 的 动 作 实现 的 。运 动重 现 （ ｏｎ ｍｏｔ１ ｒｔ ｒｅ ｉｇ） ｅａｇ ｔｎ 可以把一个角色的关节运 动的数据币脸部表情动画的 ｎ 数据 赋给另一个具 有相同关节结构但 具有不同关节长度 的角色 ，并 能保 持原有动画的质量 ］ 。 （ 三维 Ｍ ｒ ｈ ｎ 技术研究。三维 Ｍ ｒ ｈ ｎ 是指一个三维物 ４） ｏ ｐ １ｇ ｏｐ ｊｇ 体光滑连续地变换 为另一个三维物体 的过程 。二维 Ｍ ｒ ｈ ｎ 技术 已 ｏ ｐ １ｇ 经 比较成 熟 ，并且 在影视 特效等 领域 取得 了广 泛应 用。尽 管三维 Ｍ ｒ ｈ ｎ 方法Ｂ－ 维 Ｍ ｒ ｈ ｎ ｏ ｐ ｉｇ ； ｏ ｐ ｉｇ复杂得多 ， 并且仍存在各种各样的缺 陷 ，但 由于 能够生成更逼真和 生动的特技效果 ，所 以它还是 吸引 了 越来 越 多研究 者的 目光 。 （ ） 工生命 和动 画的 结合 。用于运 动控 制的关键 帧技 术虽 ５ 人 然已经 制作 出了许 多成 功的计算机 动 画作 品 ，但 仍存在一 些问题 ， 如动画 中的 动物 缺少生命特征 ， 不够 自然 ；动画中的角色难 以自行 适应其所处环境 ， 乏 自主性和 自协调 能力 ；动画制作需要动画 师 缺 去干预 和制 作人 工动物 细节 的情 景和繁 琐的 动作 ，耗费 的大量 劳 动 ，自 化水平低 ； 动 动画效 果的好 坏往往依赖 于动 画师的技巧和经 验等等 。人 工生 命是 当前生 命科学 、信 息科学 、系统科学 及工 程 技术科 学的 研究热 点 ，也是人 工 智能 、计算机 、自动化科 学技 术 的发展 方向之一 。涂晓媛博 士研究开发 的计 算机 动画 “ 工鱼 ”被 人 学术界 称之为 “ 晓媛 的鱼 ”（ １ ｏ ｕ ’ ｆ ｈ） Ｘ Ｙ ｎ ｓ １ ，她开发 的 “ ａ ａ ｓ 人 工生命 ”一 “ 人工鱼 ” ａ ｔ ｆ ｃ ａ １ｈ） （ ｒ １ １ １ １ ｓ 是基于生物物理和智能 ｆ 行为模型 的计算机动 画新 技术 ，是在虚拟海洋 中活 动的人工鱼 ，它 具 有人 工生 命 的 特征 ，具 有 “ 自然 鱼 ”的 某 些 生命 特 征 ，如 ． 意 图 、 习性 、感 知 、动 作 、行 为等 ，具 有极 高 的学 术 价 值 ，并 且为 国内的计 算机动 画开发者提 供 了新 的思路 。“ 人工鱼 ”的动画 创作方法和技术 ，已经突破 了传统 的计 算机动画的框 架 ，是新一代 的计算机动画创作方 法和技术 ，为计 算机 动画的创作开拓 了新途径 。
计算机图像学基础
计算机图像学基础——图形图像图素象素位图的概念一、计算机图形学（Computer Graphics）1、什么是计算机图形学？计算机图形学是研究怎样利用计算机来显示、生成和处理图形的原理、方法和技术的一门学科。
IEEE定义：Computer graphics is the art or science of producing graphical images with the aid of computer.2、计算机图形学的研究内容计算机图形学的研究内容非常广泛，如图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、非真实感绘制，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。
简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。
图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。
从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是明暗图，也就是通常所说的真实感图形。
计算机图形学主要目的就是要利用计算机表达的真实感图形。
为此，必须建立图形描述的场景的几何表示，运用某种光照模型，计算出假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。
所以计算机图形学与计算机辅助几何设计有着密切的关系。
图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。
同时，真实感图形计算的结果是以数字图象的方式提供的，计算机图形学和图形图象处理有着密切的联系3、计算机图形学的主要应用领域1）.计算机辅助设计与制造（Computer Aided Design / Computer Aided Manufacture）机械结构、零部件、土木建筑工程、集成电路等的设计等，利用计算机图形学不仅可提高设计效率、缩短设计周期、改善设计质量、降低设计成本，而且可以为后续的计算机辅助制造建立起数据库，CAD/CAM一体化，生产的自动化奠定基础。
计算机动画原理
• 在实际应用中，图形、图像技术又是相互关 联的。把图形、图像处理技术相结合，可以 使视觉效果和质量更加完善，更加精美。
• 从技术发展趋势和应用要求看，两者的结合 既有必要性，又有可能性。
• 1. 必要性 利用两种技术进行完美逼真的立 体成像
• 2. 可能性 都以像素为基础
图形与图像的对比与区别
项目 位 图
由像素组成的， 表示 用若干位来定义
图中每个像素点 的颜色
放大 模糊、失真
文件 相对较大 大小
矢量图
用矢量表示图的轮廓， 用数学公式描述图中所 包含的直线段、曲线段 、圆弧等图形的形状
依然清晰
相对小
1.1.2 图形的表示方法
• 点阵法 • 参数法
图形的点阵法
• 点阵法是在实现阶段用具有颜色信息的像 素点阵来表示图形的一种方法，描述的图 形常称为图像。
坐标系之间的变换
• 写成矩阵形式：
– Q0=P0 + [q1，q2，q3] {v1，v2，v3} T – {u1，u2，u3} T =M {v1，v2，v3} T – 其中:
坐标系之间的变换
• 对于空间中的任一个点D ,如果已知D点在坐标系II中的 坐标为[d1d2d3]
• 则：
– D= P0+ [d1d2d3] {v1，v2，v3} T
在 由绘 锯图 齿机 形上 折， 线线 组条 成 。
（圆弧见例图）
基础知识
第二章第二节 图形变换
2.1 图形变换的数学基础
• 矢量、点和欧氏空间 • 坐标系和坐标 • 矩阵与坐标变换 • 齐次坐标的引入
矢量
• 矢量具有确定的方向和大小（长度） • 矢量是流动的，无位置概念 • 矢量的运算 C=A+B
计算机图形学 计算机动画ppt课件
刚体的运动 ; 柔体的运动 ;
关节体的运动 ; 随机体的运动 ;
3.2.3 计算机动画制作的工具环境
3.2.4 学习动画制作精选的课件方PPT法及途径
3
刚体的运动
(1) 关键帧插值法 (2) 运动轨迹法 (3) 运动动力学法
精选课件PPT
4
柔体的运动
(1) 变形（deformation)
1. 运动学与逆向运动学方法; 2. 粒子动画、分形动画、L系统文法方法;
3.1.3.3 人物动画技术(Character Animation)
1. 人体工厂(human factory)与角色合成(actor Systhesis) 2. 面部表情(compression); 3. 机器人技术(robotics techniques)
动画演示
精选课件PPT
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3.2.2 动画的设计与制作
一个典型的三维动画系统的结构是:
三维建模 ＋ 真实感模拟
物理规则 ＋ 知识表达 ＋ 传统动画方法
＼／
＼∣／
造型表达
＋ 运动表达
＼
／
三维动画
精选课件PPT
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3.2.2.1 造型表达 = 三维建模 + 真实感模 拟
三维建模方法 1. 模型推导法 2. 推移法(sweep), 放样(loft), 旋转加工(lathe)
《谁陷害精了选兔课子件罗PP杰T ？》动画片
12
90年代: 动力学仿真技术、三维仿真演员系统 自主动画(面向目标的动画)
3.1.2.2 作品里程碑
1. “Mr. Computer Image ABC”, (计算机产生的人物动画, 1962)
2. “旅行者二号”, (JPL实验室,70年代后期)
计算机动画基础知识
计算机动画基础知识计算机动画是指利用计算机技术制作动画的过程，包括建模、动画制作、灯光效果、材质贴图等技术。
计算机动画技术发展迅速，已广泛应用于影视制作、游戏开发、广告宣传等领域。
以下是计算机动画基础知识的介绍。
一、3D建模3D建模是计算机动画制作的基础。
在计算机中，我们把空间分为三维坐标系，即X轴、Y轴和Z轴。
3D建模就是利用这个坐标系来绘制三维图形。
常见的3D建模软件有3D Studio Max、Maya、Blender等。
建模的过程包括选择所需要的立体图形、构建虚拟的三维模型、调整模型的形状和比例，以及添加纹理等。
建模是一项艺术性和创造性极强的工作，需要艺术家或设计师具备较强的设计能力和审美能力。
二、动画制作动画制作是计算机动画制作的另一个重要环节。
动画制作旨在通过呈现一系列连续的图像（也称为“帧”）来创造一种连续的动态效果。
通常情况下，每秒钟播放的帧数为24帧。
动画制作的过程包括创建场景、拍摄镜头、添加角色及其动作、调整灯光效果和材质贴图等。
动画制作是一项高难度的工作，需要动画师具备丰富的经验和技能。
三、灯光效果灯光效果是决定计算机动画质量的一个重要因素。
有一个好的灯光效果可以使画面更加逼真、生动，反之则缺乏真实感。
灯光效果制作的过程包括选择灯光类型、调整灯光强度和颜色、确定灯光照射的位置和角度，以及调整阴影等。
四、材质贴图材质贴图是为了使计算机制作的图像看起来更加真实，常常会在图像表面贴上各种材料的外观贴图。
常见的材质包括木材、金属、纸张和布料等。
材质贴图制作的过程包括选择材质类型、粘贴材质贴图，以及调整贴图的大小和颜色等。
五、特效制作特效制作是计算机动画中特殊效果的制作，如爆炸、火焰、水面波纹等等。
这些特效可以让画面更加生动、逼真。
特效制作的过程包括选择特效类型、添加特效素材、调整特效参数、以及调整特效的时序等。
六、总结计算机动画制作需要多种技术的综合运用，包括三维建模、动画制作、灯光效果、材质贴图和特效制作等。
计算机图形学考试简答题复习
计算机图形学测试简答题复习1、简述计算机动画的概念，它经历了哪几个阶段的发展？(2分)计算机动画是指采用图形和图像的处理技术，借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面，其中当前帧是前一帧的部分修改。
计算机动画是采用连续播放静止图像的方法产生物体运动的效果。
60年代: 二维计算机辅助动画系统70年代: 三维图形和动画的基本技术的开发;80年代: 优化70年代出现的模型和阴影技术;90年代: 动力学仿真技术、三维仿真演员系统2、计算机图形学、图象处理、计算机视觉这三者之间有什么联系和区别？(2分) 1. 数字图像处理主要研究的内容数字图像处理（digital image processing）是用计算机对图像信息进行处理的一门技术，使利用计算机对图像进行各种处理的技术和方法。
数字图像处理主要研究的内容有以下几个方面：1) 图像变换由于图像阵列很大，直接在空间域中进行处理，涉及计算量很大。
因此，往往采用各种图像变换的方法，如傅立叶变换、沃尔什变换、离散余弦变换等间接处理技术，将空间域的处理转换为变换域处理，不仅可减少计算量，而且可获得更有效的处理（如傅立叶变换可在频域中进行数字滤波处理）。
目前新兴研究的小波变换在时域和频域中都具有良好的局部化特性，它在图像处理中也有着广泛而有效的使用。
2) 图像编码压缩图像编码压缩技术可减少描述图像的数据量（即比特数），以便节省图像传输、处理时间和减少所占用的存储器容量。
压缩可以在不失真的前提下获得，也可以在允许的失真条件下进行。
编码是压缩技术中最重要的方法，它在图像处理技术中是发展最早且比较成熟的技术。
3) 图像增强和复原图像增强和复原的目的是为了提高图像的质量，如去除噪声，提高图像的清晰度等。
图像增强不考虑图像降质的原因，突出图像中所感兴趣的部分。
如强化图像高频分量，可使图像中物体轮廓清晰，细节明显；如强化低频分量可减少图像中噪声影响。
图像复原要求对图像降质的原因有一定的了解，一般讲应根据降质过程建立"降质模型"，再采用某种滤波方法，恢复或重建原来的图像。
44_计算机图形学--绪论(44页)
计算机图形学的研究动态
□ 科学计算可视化 运用计算机图形学和图像处理技术，将科
学计算过程中及计算结果的数据转换为图形及 图像在屏幕上显示出来并进行交互处理的理论、 方法和技术。
计算机图形学的研究动态
□ 并行图形处理 ■ 多计算机的并行图形处理 ■ 多图形显示子系统（显卡）实现并行计算 ■ 多GPU/VPU的并行处理
是否会认为老师的教学方法需要改进？ • 你所经历的课堂，是讲座式还是讨论式？ • 教师的教鞭 • “不怕太阳晒，不怕那风雨狂，只怕先生骂我
笨，没有学问无颜见爹娘 ……” • “太阳当空照，花儿对我笑，小鸟说早早早……”
课程特点
课程内容偏重于理论，部分算法较抽象且不易 理解
课程内容涉及面广 基础算法或理论是几十年来固定不变的经典 理论的作用隐藏于日常的计算机使用中，虽然
Sutherland发表了一篇题为“Sketchpad：一 个人——机通信的图形系统”的博士论文，其中 首次使用了“Computer Graphics”。
计算机图形学的确立
发展期（70年代） ■ 计算机图形处理技术进入实用化阶段； ■ 区域填充、裁剪、消隐等基本图形概念及
算法； ■ 真实感图形学和实体造型技术；
□ 办公自动化和电子出版技术 ■ 图形显示技术在办公自动化和事务处理中的 应用，有助于数据及其相互关系的有效表达， 因而有利于人们进行正确的决策； ■ 图文并茂的电子排版系统代替了传统的铅字 排版，这是印刷史上的一次革命。
计算机图形学的应用
□ 计算机艺术 计算机图形技术已广泛应用于各种图案、
花纹、工艺外形及传统的油画、中国国画和书 法等艺术品的制作，为创作艺术和商品艺术提 供了更为广阔的空间。
第一章 绪论
计算机图形学的概念 计算机图形学研究的对象 计算机图形学的应用 计算机图形学的研究动态
简述计算机图形学的应用领域
1.计算机辅助设计与制造CAD／CAU是计算机图形学在工业界最广泛、最活跃的应用领域。
计算机图形学被用来进行土建工程、机械结构和产品的设计，包括设计飞机、汽车、船舶的外形和发电厂、化工厂等的布局以及电子线路、电子器件等。
有时，着眼于产生工程和产品相应结构的精确图形，然而更常用的是对所设计的系统、产品和工程的相关图形进行人——机交互设计和修改，经过反复的迭代设计，便可利用结果数据输出零件表、材料单、加工流程和工艺卡，或者数据加工代码的指令。
在电子工业中，计算机图形学应用到集成电路、印刷电路板、电子线路和网络分析等方面的优势是十分明显的。
一个复杂的大规模或超大规模集成电路板图根本不可能用手工设计和绘制，用计算机图形系统不仅能进行设计和画图，而且可以在较短的时间内完成，把其结果直接送至后续工艺进行加工处理。
在飞机工业中，美国波音飞机公司已用有关的CAD系统实现波音777飞机的整体设计和模拟，其中包括飞机外型、内部零部件的安装和检验。
随着计算机网络的发展，在网络环境下进行异地异构系统的协同设计，已经成为CAD领域最热门的课题之一。
现代产品设计已不再是一个设计领域内孤立的技术问题，而是综合了产品各个相关领域、相关过程‘、相关技术资源和相关组织形式的系统化工程。
它要求设计团队在合理的组织结构下，采用群体工作方式来协调和综合设计者的专长，并且从设计一开始就考虑产品生命周期的全部因素，从而达到快速响应市场需求的目的，协同设计的出现使企业生产的时空观发生了根本的变化。
使异地设计、异地制造、异地装配成为可能，从而为企业在市场竞争中赢得了宝贵的时间。
CAD领域另一个非常重要的研究领域是基于工程图纸的三维形体重建。
三维形体重建就是从二维信息中提取三维信息，通过对这些信息进行分类、综合等一系列处理，在三维空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体，恢复形体的点、线、面及其拓扑关系，从而实现形体的重建。
二维图纸设计在工程界中仍占有主导地位，工程上有大量的旧的透视图和投影 3 加工代码的指令。
2023年计算机类好就业的十类专业
2023年计算机类好就业的十类专业现在互联网越来越发达，故而吸引很多小伙伴想去报考，但又不知道有什么专业比较好。
以下是由编辑为大家整理的“2023年计算机类好就业的十类专业”，选择一个好的专业对自己的未来职业是很重要的，谢谢大家的阅读。
2023年计算机类好就业的十类专业一、计算机网络技术专业培养目标：培养掌握计算机网络基本理论和基本技能，具有计算机网络硬件组网与调试，网络系统安装与维护，以及网络编程能力的高级技术应用性专门人才。
核心课程：组网技术与网络管理、网络操作系统、网络数据库、网页制作、计算机网络与应用、网络通信技术、网络应用软件、JAVA 编程基础、服务器配置与调试、网络硬件的配置与调试、计算机网络软件实训等，以及各校的主要特色课程和实践环节。
就业方向：本专业面向各企事业单位计算机网络应用技术岗位群，能进行计算机操作维护，计算机局域网的设计、安装、调试；计算机网络通信产品的系统集成；广域网的管理、维护；网络管理信息系统的设计、开发及应用、网站设计与开发等工作。
可在软件园、高新技术园区、各大电脑公司、网络公司、网站、高新技术企业、公司、企事业单位和信息部门中从事网络管理、网站维护、网页设计与创意和电子商务等工作。
二、软件技术专业培养目标：培养掌握数据库的应用技术，具备计算机软件编程、测试、系统支持等方面技能的高级技术应用性专门人才。
核心课程：汇编语言、软件工程与项目管理、计算机网络与应用、数据库原理与应用、数据结构、实用操作系统技术、多媒体制作技术、软件测试技术、网页制作技术、JAVA程序设计、C语言程序设计、汇编语言程序设计实训、数据库应用程序设计实训、软件测试技术实训等，以及各校的主要特色课程和实践环节。
就业方向：软件技术专业学生经过专业学习，具备较强的软件分析、设计、开发和应用能力，毕业后可成为从事系统分析、软件设计、软件管理及教学科研工作的高级人才，可以满足军事、安全、税务、证券、政府机关、电子商务、银行、金融、中外企业等部门急需的计算机人才。
计算机图形学技术的新发展与应用前景
计算机图形学技术的新发展与应用前景计算机图形学技术的新发展：1.虚拟现实（Virtual Reality，VR）：通过计算机技术模拟出的虚拟世界，用户可以与之互动，感受身临其境的体验。
2.增强现实（Augmented Reality，AR）：在现实世界中，通过计算机技术增加虚拟元素，用户可以与之互动。
3.3D打印：利用计算机图形学技术，将虚拟模型转化为实体模型，广泛应用于制造业、医疗、建筑等领域。
4.计算机辅助设计（Computer-Aided Design，CAD）：利用计算机图形学技术进行产品设计，提高设计效率，降低成本。
5.计算机辅助制造（Computer-Aided Manufacturing，CAM）：利用计算机图形学技术，实现制造过程的自动化、智能化。
6.数字图像处理：利用计算机图形学技术对图像进行处理，提高图像质量，实现图像识别、分析等功能。
7.计算机动画：利用计算机图形学技术制作动画，包括二维动画和三维动画。
8.图形用户界面（Graphical User Interface，GUI）：利用计算机图形学技术，设计友好的用户界面，提高用户体验。
9.教育：虚拟现实、增强现实等技术在教育领域的应用，可以为学生提供更加生动、直观的学习体验。
10.医疗：计算机图形学技术在医学领域的应用，如三维影像重建、虚拟手术等，可以提高诊断和治疗效果。
11.娱乐：计算机图形学技术在游戏、电影、音乐等娱乐领域的应用，可以提供更加丰富、立体的娱乐体验。
12.制造业：计算机辅助设计、计算机辅助制造等技术在制造业的应用，可以提高生产效率，降低成本。
13.建筑：计算机图形学技术在建筑领域的应用，如三维建模、虚拟现实等，可以提高设计效果，降低建筑成本。
14.交通：计算机图形学技术在交通领域的应用，如智能导航、三维地图等，可以提高出行效率，降低交通事故。
15.环境保护：计算机图形学技术在环保领域的应用，如三维仿真、数据分析等，可以提高环保监测效果。
简述计算机图形学的应用领域
1.计算机辅助设计与制造CAD／CAU是计算机图形学在工业界最广泛、最活跃的应用领域。
计算机图形学被用来进行土建工程、机械结构和产品的设计，包括设计飞机、汽车、船舶的外形和发电厂、化工厂等的布局以及电子线路、电子器件等。
有时，着眼于产生工程和产品相应结构的精确图形，然而更常用的是对所设计的系统、产品和工程的相关图形进行人——机交互设计和修改，经过反复的迭代设计，便可利用结果数据输出零件表、材料单、加工流程和工艺卡，或者数据加工代码的指令。
在电子工业中，计算机图形学应用到集成电路、印刷电路板、电子线路和网络分析等方面的优势是十分明显的。
一个复杂的大规模或超大规模集成电路板图根本不可能用手工设计和绘制，用计算机图形系统不仅能进行设计和画图，而且可以在较短的时间内完成，把其结果直接送至后续工艺进行加工处理。
在飞机工业中，美国波音飞机公司已用有关的CAD系统实现波音777飞机的整体设计和模拟，其中包括飞机外型、内部零部件的安装和检验。
随着计算机网络的发展，在网络环境下进行异地异构系统的协同设计，已经成为CAD领域最热门的课题之一。
现代产品设计已不再是一个设计领域内孤立的技术问题，而是综合了产品各个相关领域、相关过程‘、相关技术资源和相关组织形式的系统化工程。
它要求设计团队在合理的组织结构下，采用群体工作方式来协调和综合设计者的专长，并且从设计一开始就考虑产品生命周期的全部因素，从而达到快速响应市场需求的目的，协同设计的出现使企业生产的时空观发生了根本的变化。
使异地设计、异地制造、异地装配成为可能，从而为企业在市场竞争中赢得了宝贵的时间。
CAD领域另一个非常重要的研究领域是基于工程图纸的三维形体重建。
三维形体重建就是从二维信息中提取三维信息，通过对这些信息进行分类、综合等一系列处理，在三维空间中重新构造出二维信息所对应的三维形体，恢复形体的点、线、面及其拓扑关系，从而实现形体的重建。
二维图纸设计在工程界中仍占有主导地位，工程上有大量的旧的透视图和投影 3 加工代码的指令。
计算机图形学OpenGL(第三版)课件
REPORTING
• 计算机图形学概述 • OpenGL基础知识 • 3D图形绘制 • 动画与交互 • 高级技术与应用 • 案例与实践
目录
PART 01
计算机图形学概述
REPORTING
计算机图形学的定义与分类
计算机图形学是一门研究计算机生成 和操作图形的科学，它通过数学算法 和计算机程序实现二维和三维图形的 生成、渲染和交互。
虚拟现实中的图形渲染技术
3D场景构建
利用OpenGL的3D图形渲染能力，构建逼真的虚拟现实场景，提供 沉浸式的体验。
实时交互与动态渲染
在虚拟现实中实现实时交互，如人物移动、视角变换等，同时根据 用户行为动态调整渲染效果，提高虚拟现实的真实感和沉浸感。
虚拟现实应用开发
结合OpenGL技术，开发各种虚拟现实应用，如虚拟旅游、虚拟展览 、虚拟教育等，拓展虚拟现实技术的应用领域。
OpenGL库（如GLUT或GLEW ）。
对于Linux系统，需要安装 OpenGL库（如GLUT或SDL） 和相应的编译器。
开发者还需要了解如何配置项 目以包含OpenGL头文件和链 接OpenGL库。
OpenGL基本操作
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初始化OpenGL 上下文
绘制基本图形
变换和投影
光照和材质
纹理映射
创建窗口，设置窗口回调 函数，创建渲染上下文等 。
使用OpenGL提供的函数绘 制点、线、多边形等基本 图形。
理解并使用平移、旋转、 缩放等变换以及投影矩阵 。
设置光源、材质属性以及 光照模型。
加载和绑定纹理，对几何 图形进行纹理映射。
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3.2.3 计算机动画制作的工具环境 3.2.4 学习动画制作的方法及途径
刚体的运动
(1) 关键帧揑值法 (2) 运动轨迹法 (3) 运动动力学法
柔体的运动
(1) 变形（deformation)
(2) 变形技术
a. 非线性全局变形法
b. 自由形状变形法(FFD)
(3) 变形动画（morph)
(4) 面部表情的模拟
斜截，圆化，切片
对齐，拟合，融合
6. 体视建模(volumeric modeling)—基于体素 (voxel)的建模
(1)体素(voxel):从概 念上把三维空间划分成一个 等体积正方体阵列中的一个 正方体; (2)对对象内部(interior)的建模— 体可视化(volume visualization）； (3)体视雕刻—基于体素的 雕刻； (4)三大要求：更多内存，更快 算法，更好的I/O设备
《谁陷害了兔子罗杰？》动画片
90年代: 动力学仿真技术、三维仿真演员系统 自主动画(面向目标的动画)
3.1.2.2 作品里程碑
“Mr. Computer Image ABC‖, (计算机产生的人物动画, 1962) ―旅行者事号”, (JPL实验室,70年代后期) ―TRON‖ , (Disney公司, 1982) ―星舰速舰记Ⅱ‖ , (过程模型的动画, 1983-84) ―Bio-Sensor‖ , (大阪大学与Toyo Links公司, 1984) (早期的形体和带细粒状表面模型) 6. ―Growth‖, （过程技术与水下生物的生成， 85-86） 7. “暴风雨数字模型的研究”， （模拟自然现象，1989，美） 8. “Don’t Touch‖, (运用运动捕获技术的人物动画,1989, 美) 9. ―终结者Ⅱ‖, (杰出变形效果与逼真自然人运动模拟,1991,美) 10. ―蝙蝠侠回归”, (群组动画, 1992, 美) 11. ―侏罗纪公园”, (逆向运动学与计算机图像技术的完美结合) 1. 2. 3. 4. 5.
一个典型的三维动画系统的结构是:
三维建模 ＋ 真实感模拟 物理觃则 ＋ 知识表达 ＋ 传统动画方法
＼
／
＼
∣
／
造型表达 ＼
＋
三维动画
运动表达 ／
3.2.2.1 造型表达 = 三维建模 + 真实感模 拟
三维建模方法 1. 模型推导法
推移法(sweep), 放样(loft), 旋转加工(lathe)
3D MAX实例制作
第十三讲
计算机动画
北大计算机系图形与多媒体室 2001
目录
§3.1 概述
3.1.1 传统动画与计算机动画
3.1.1.1 传统动画发展由来 3.1.1.2 传统动画的制作 3.1.1.3 计算机动画
3.1.2 计算机动画发展概况与作品里程碑
3.1.2.1 发展概况 3.1.2.2 作品里程碑
3.1.3 计算机动画的具体研究内容与目标 3.1.4 计算机动画的应用领域
3.1.3.4 动力学仿真技术
3.1.3.5 基于知识库的动画生成技术 3.1.3.6 各种变形技术 3.1.3.7 动画基础理论
1. 时域走样(temporal aliasing)与时域反走样; 2. 视觉心理; 3. 视频技术;
3.1.3.8 通过图像处理技术迚行动画制作
比如，运动模糊方法(motion blur) 动画演示
注：匀速运动常用来描拟运动序列的开始及结束
例二：加速/减速运动的模拟
为模拟正向加速度，使帧间的时间间隔增加， 可使用下列三角加速函数来得到增加的间隔： 1 - cosθ, 0 <θ< π/2 , 对于揑值帧来说，第j个揑值帧的时刻可由下式得到: tBj = t1 + Δt [ 1 – cos (jπ/(2(n+1))) ] , j = 1,2,…,n
例一：匀速运动的模拟
假定需在时间段t1与t2之间揑入n(n=5)帧(见图示), 终始关键帧之间的时间段被分为n+1个子段，其时 间间隔为: △t = (t2 –t1)/(n +1), 则任一揑值帧的 时刻为: tBj = t1 + j △t , j = 1, 2, … ,n 幵确定出坐标位置和颜色值及其它物理参数。
§3.2 计算机动画设计与制作
3.2.1 计算机动画的类型 3.2.2 动画的设计与制作
3.2.2.1 造型表达 = 三维建模 + 真实感模拟 1. 三维建模方法 2. 真实感模拟 3.2.2.2 运动表达 = 运动视觉语法 + 运动生成方 式 1. 运动视觉语法 2. 运动的生成
刚体的运动 ; 柔体的运动 ; 关节体的运动 ; 随机体的运动 ;
3). 活动姿态与个性
4). 运动序列中画面的切换
直接切换、淡入/淡出(fade in/fade out)、溶解(dissolve)、 划变(split screen) ， 摇移（ pan ）…
2. 运动的生成
物理的动画 遵循物理运动觃律 物理的分类:刚体、柔体、关节体、随机体
1).刚体的运动
主要使用关键帧揑值法、运动轨迹法、运动 动力学来描述。 (1) 关键帧揑值法:通过确定刚体运动的各个关键 状态，幵在每一关键状态下设置一个时间因 子(比如，帧数),由系统揑值生成每组中间帧幵求 出每帧的各种数据和状态。 揑值方法亦可分为线性揑值与曲线揑值事种。
同理，为模拟减速，使用下列三角减速函数来 得到减少的间隔： sinθ, 0 < θ < π/2 , 则第j个揑值帧的时间位置被定义成： tBj = t1 + Δt sin( jπ/( 2(n +1))) , j = 1,2,…,n
另外，具体的运动过程常混合包含加速和减速，可以 通过先增加揑值时间间间隔后减少时间间隔的方法来 模拟混合增减速度。所使用的时间变化函数是: ½ (1 – cos θ) , 0 < θ < π/2 , 得到第j个揑值帧的时刻为: tBj = t1 + Δt {1/2 [1 – cos (jπ/(n+1))]} , j = 1, 2,…, n
技术目标:
1. 交互性; 2. 准确性; 3. 实时性; 4. 逼真性; 5. 自主性
3.1.4 计算机动画的应用领域
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 动画片制作; 广告特技; 教学演示; 训练模拟; 作战演习; 产品模拟试验; 医学诊断; 电子游戏 本章阅读文献及练习
3.2 计算机动画设计与制作
即,任何随时间发生的视觉变化都可以归属为动画
3.1.1.2 传统动画的制作
1. 构思(,设计故亊情节、具体场景及演员动作、音乐等) 2. 关键帧设计; 3. 中间帧制作; 4. 色片制作; 5. 涂色; 6. 检查，试验; 7. 摄制; 8. 剪辑
3.1.1.3 计算机动画
辅助动画、自动动画
计算机辅助动画对传统动画所起的辅助作用: 1. 画面生成: a. 关键帧画面可以数字化方式辒入; b. 关键帧画面可通过交互编辑产生; c. 复杂图形可通过编程产生; 2. 运动生成: a. 给定关键帧，中间帧由计算机揑值产生; b . 由计算机控制生成复杂运动; 3. 由计算机涂色系统生成彩色图; 4. 计算机模拟摄像机功能投放动画帧; 5. 借助计算机在后期制作中加入特殊摄制效果或画面处理 或伴音效果; 特别地,计算机辅助动画将动画上升到传统动 画所不能达到的高度---三维动画
1. 没有运动就没有动画
原始定义: 动画是一种通过连续画面来显示运动的技术,它
通过以一定的速度连续地投放画面来达到动态 的效果。 原理: 视觉暂留现象 视觉效果: 与播放速率有关
2. 没有运动也可以有动画 比如：a.物体的形变; b.物体的色彩变化; c.环境光强的变化 演示 新的定义：动画是一门通过在某种介质上记彔一系列单个 画面，从而产生运动视觉的技术，这种视觉 通过以一定的速率回放所记彔的画面的形式 而体现出来。
1. 运动学与逆向运动学方法; 2. 粒子动画、分形动画、L系统文法方法;
3.1.3.3 人物动画技术(Character Animation)
1. 人体工厂(human factory)与角色合成(actor Systhesis) 2. 面部表情(compression); 3. 机器人技术(robotics techniques)
(5) 合成角色的面部动画
关节体的运动
(1) 基本术语
a.运动学(kinematics) b. 关节体 c. 自由度(DOF) d. 末端效应器(End Effector)
e. 状态向量(state vector) (2) 关节体运动
a. 正运动学描述
b. 逆运动学描述
(3) 运动捕获技术
随机体的运动
3.2.1 计算机动画的类型
3.2.1.1 模型动画
模拟人物或抽象形体等三维模型的 位置，形状，属性的运动变化情冴。
3.2.1.2 摄像机动画
模拟摄像机的运动形式，包括定位， 定向移动，摄像机轨迹，焦距及镜 头伸缩的变化等。
3.2.1.3 光源动画
模拟自然光源的位置，属性的变化。
动画演示
3.2.2 动画的设计与制作
(1) (2) (3) (4) 粒子集动画 群组动画 植物生长的L系统 分形动画
3.1
概述
3.1.1 传统动画与计算机动画 3. 1.1.1 传统动画发展由来
1824年，Peter Roget収表论文《对于移动物体的视觉暂留现象》 1831年，Joseph Antoine Plateau 和Simon Rittrer 制造了一台 称为PhenakitStoscope的机器,可视为电影机的萌芽 1887年，Thomas Edison和他的助手开始对动画迚行研究 1895年，卢米埃尔兄弟因収明电影放映机而获专利,第一个电影放映 厅在纽约开始营业 1906年,第一部动画片出现 1915年，Earl Hurd収明了CEL动画(即卡通动画) 1923年，Walt Disney 公司在电影《绿野仙踪》中使用卡通形象 1928年. Walt Disney 公司出品第一部同步配音卡通片《米老鼠》