计算机动画关键技术综述
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单元，这些单元均为具有一定大小的正方 体，在计算机内部通过定义各个单元的位 置是否填充来建立整个实体的数据结构
空间分割法
空间分割法
• 八叉树表示法
空间分割法
• 优点
易于实现物体之间的集合运算 易于计算物体的整体性质，如体积和质量等 易于实现线、面的消隐 适合表示需要显示内部细节的物体，如医学图像
CSG构造实体几何法
• 优点 表示简洁、数据量小 可方便转换成其他表示方法
• 缺点 能够表示的形体种类受基本几何体的限制 对形体的局部操作不易实现
几何造型技术
特征表示法 CSG构造实体几何法 边界表示法 空间分割法
边界表示法
• 定义 通过物体的点、边、面等边界信息来定义 物体
边界信息
几何信息
描述物体点、边、面的位置、大小和形状 的几何信息
拓扑信息
描述物体点、边、面之间连接关系 的信息
边界表示法
边界表示法
• 优点 记录有实体所有几何信息和拓扑信息
• 缺点 缺乏实体生成过程信息，数据存储量大， 难以直接构造
几何造型技术
特征表示法 CSG构造实体几何法 边界表示法 空间分割法
空间分割法
• 基本思想 把一个三维实体有规律地分割为有限个
加灯光与摄像机
加灯光与摄像机
动画效果设置
• 让场景中的物体模型动起来，使它在场景 中活灵活现、多姿多彩地进行表演
场景渲染
• 动画制作最后阶段的工作，完成了建模、 赋材质和贴图、加灯光和摄像机以及动画 效果设置各道工序后，需要通过计算机的 “渲染”来生成动态的影像文件或图像序 列
场景渲染
• “渲染”之前的各道工序只是建立动画的 场景文件，即设定动画场景中角色的几何 模型参数、材质属性参数、灯光参数、摄 像机参数和动画的关键值等，需要计算机 系统将这些设定参数带入相关的计算机图 形算法和动画算法进行计算，才能真正生 成动画序列
• 缺点
不能精确表示一个物体 实现非90º倍数的旋转变换和非2倍数的缩放变换比较困难 占用存储空间大
几何造型技术总结
比较适合构造形态规则且固定的物体
过程造型技术
基于分形技术的造型 基于粒子系统的造型 基于物理的造型
基于分形技术的造型
• 定义 利用分形几何学的自相似性，采用各种模 拟真实图形的数学模型，使生成的景物呈 现出细节的无穷回归性质的方法
基于分形技术的造型
• 性质 自相似性(局部和整体相似) 精细性(在任意小的尺度上都能有精细的结构)
基于分形技术的造型
数学模型
自平方分形 随机位移模型 L-系统
自平方分形
二次迭代方程： Z2n+1 = Z2n +c
随机位移模型
• 应用 模拟海岸线和山体等地貌
L-系统
• 定义一组符号或字符串，并按照一定的替 换规则用后续符号组或字符串去替换前任 符号，当反复进行这种替换过程并以图形 表示出来时，就能看到模拟各种生物结构 的图案
• 渲染的过程就是进行大量复杂运算的过程
场景渲染
计算机动画关键技术
Baidu Nhomakorabea
• 造型(modeling) • 动画控制(animating) • 渲染(rendering)
建模 动画效果设置 渲染
造型
• 定义 使用数学模型、物理模型或算法来定义、
显示和存储物体模型的方法或技术
造型
几何造型技术 造 型
过程造型技术
特征表示法
特征表示法
• 优点 能够精确定义物体 表达简洁、面向用户、使用方便
• 缺点 能够表示的形体种类有限
几何造型技术
特征表示法 CSG构造实体几何法 边界表示法 空间分割法
CSG构造实体几何法
• 定义 通过对一些基本几何体或简单物体进行并、 交、差的布尔几何运算来构造物体的造型 技术
CSG构造实体几何法
L-系统
F:前行一个单位 L:左转一个角度 R:右转一个角度
替换规则：F F[RF]F[LF]F
L-系统
过程造型技术
基于分形技术的造型 基于粒子系统的造型 基于物理的造型
基于粒子系统的造型
• 定义 粒子系统是以大量基本粒子的聚合来形成 物体的造型技术，每个粒子具有“出生”、 “运动”、“死亡”的生命特征，适合构 造具有较强动态特征的不规则物体
基于分形技术的造型 基于粒子系统的造型 基于物理的造型
基于物理的造型
• 定义 将物体的物理属性和几何形状有机地结合起
来，运用动力学原理，使得所构造的物体 在力的作用下进行空间运动或发生形状变 化。
基于物理的造型
质点弹簧模型
过程造型技术总结
将时间性、随机性特征以及动力学性质 引入所塑造的三维几何模型中，使得造型 对象的形状随着造型过程的进行而发生变 化，非常适合塑造外形不是很规则、具有 动态变化性质的景物
基于粒子系统的造型
动态性： 系统中的每个粒子都可以随时间 发生位置和形态的变化，并且具 有生命特征，即每个粒子都将经 历出生、运动及死亡3个阶段
随机性： 每个粒子都有一组随机取值的属性，如起始位 置、初速度、颜色、大小等，使得粒子的形状 和位置等发生随机变化，但整体形态保持相对 稳定
过程造型技术
计算机动画关键技术综述
汇报人：XXX
三维动画制作流程
• 建模 • 赋材质和贴图 • 加灯光与摄像机 • 动画效果设置 • 场景渲染
建模
• 定义 利用动画系统提供的基本几何体或线条、
曲面等来创建物体的几何模型
建模
赋材质和贴图
• 赋材质 赋予物体几何模型以某种材料的材质属
性，比如颜色、光亮度和透明度等参数， 使之呈现出某种材料(木头、石材、塑料和 金属等)所应该表现出来的颜色和质感，以 此造成物体是由某种材料“做成”的感觉。 • 贴图
把有纹理或图案的图像“贴”在物体表 面
赋材质和贴图
物体被赋予材质并贴图后，外表就会具有 逼真的材质和纹理效果
加灯光与摄像机
• 在场景中放置虚拟灯光后可模拟真实世界 的明暗和色彩，产生光照和阴影效果
• 在场景中放置虚拟摄像机，可以产生摄像 机视图，模拟真实摄像机拍摄时从镜头中 看到的画面，从而制作出如同用真实摄像 机拍摄到的画面
特征表示法 CSG构造实体几何法 边界表示法 空间分割法
基于分形技术的造型 基于粒子系统的造型 基于物理的造型
几何造型技术
特征表示法 CSG构造实体几何法 边界表示法 空间分割法
特征表示法
• 定义 使用一组特征参数来定义和生成物体
特征
形状特征 材料特征
长、宽、高 半径、开口角度 孔径
硬度 密度 弹性 延展性
空间分割法
空间分割法
• 八叉树表示法
空间分割法
• 优点
易于实现物体之间的集合运算 易于计算物体的整体性质，如体积和质量等 易于实现线、面的消隐 适合表示需要显示内部细节的物体，如医学图像
CSG构造实体几何法
• 优点 表示简洁、数据量小 可方便转换成其他表示方法
• 缺点 能够表示的形体种类受基本几何体的限制 对形体的局部操作不易实现
几何造型技术
特征表示法 CSG构造实体几何法 边界表示法 空间分割法
边界表示法
• 定义 通过物体的点、边、面等边界信息来定义 物体
边界信息
几何信息
描述物体点、边、面的位置、大小和形状 的几何信息
拓扑信息
描述物体点、边、面之间连接关系 的信息
边界表示法
边界表示法
• 优点 记录有实体所有几何信息和拓扑信息
• 缺点 缺乏实体生成过程信息，数据存储量大， 难以直接构造
几何造型技术
特征表示法 CSG构造实体几何法 边界表示法 空间分割法
空间分割法
• 基本思想 把一个三维实体有规律地分割为有限个
加灯光与摄像机
加灯光与摄像机
动画效果设置
• 让场景中的物体模型动起来，使它在场景 中活灵活现、多姿多彩地进行表演
场景渲染
• 动画制作最后阶段的工作，完成了建模、 赋材质和贴图、加灯光和摄像机以及动画 效果设置各道工序后，需要通过计算机的 “渲染”来生成动态的影像文件或图像序 列
场景渲染
• “渲染”之前的各道工序只是建立动画的 场景文件，即设定动画场景中角色的几何 模型参数、材质属性参数、灯光参数、摄 像机参数和动画的关键值等，需要计算机 系统将这些设定参数带入相关的计算机图 形算法和动画算法进行计算，才能真正生 成动画序列
• 缺点
不能精确表示一个物体 实现非90º倍数的旋转变换和非2倍数的缩放变换比较困难 占用存储空间大
几何造型技术总结
比较适合构造形态规则且固定的物体
过程造型技术
基于分形技术的造型 基于粒子系统的造型 基于物理的造型
基于分形技术的造型
• 定义 利用分形几何学的自相似性，采用各种模 拟真实图形的数学模型，使生成的景物呈 现出细节的无穷回归性质的方法
基于分形技术的造型
• 性质 自相似性(局部和整体相似) 精细性(在任意小的尺度上都能有精细的结构)
基于分形技术的造型
数学模型
自平方分形 随机位移模型 L-系统
自平方分形
二次迭代方程： Z2n+1 = Z2n +c
随机位移模型
• 应用 模拟海岸线和山体等地貌
L-系统
• 定义一组符号或字符串，并按照一定的替 换规则用后续符号组或字符串去替换前任 符号，当反复进行这种替换过程并以图形 表示出来时，就能看到模拟各种生物结构 的图案
• 渲染的过程就是进行大量复杂运算的过程
场景渲染
计算机动画关键技术
Baidu Nhomakorabea
• 造型(modeling) • 动画控制(animating) • 渲染(rendering)
建模 动画效果设置 渲染
造型
• 定义 使用数学模型、物理模型或算法来定义、
显示和存储物体模型的方法或技术
造型
几何造型技术 造 型
过程造型技术
特征表示法
特征表示法
• 优点 能够精确定义物体 表达简洁、面向用户、使用方便
• 缺点 能够表示的形体种类有限
几何造型技术
特征表示法 CSG构造实体几何法 边界表示法 空间分割法
CSG构造实体几何法
• 定义 通过对一些基本几何体或简单物体进行并、 交、差的布尔几何运算来构造物体的造型 技术
CSG构造实体几何法
L-系统
F:前行一个单位 L:左转一个角度 R:右转一个角度
替换规则：F F[RF]F[LF]F
L-系统
过程造型技术
基于分形技术的造型 基于粒子系统的造型 基于物理的造型
基于粒子系统的造型
• 定义 粒子系统是以大量基本粒子的聚合来形成 物体的造型技术，每个粒子具有“出生”、 “运动”、“死亡”的生命特征，适合构 造具有较强动态特征的不规则物体
基于分形技术的造型 基于粒子系统的造型 基于物理的造型
基于物理的造型
• 定义 将物体的物理属性和几何形状有机地结合起
来，运用动力学原理，使得所构造的物体 在力的作用下进行空间运动或发生形状变 化。
基于物理的造型
质点弹簧模型
过程造型技术总结
将时间性、随机性特征以及动力学性质 引入所塑造的三维几何模型中，使得造型 对象的形状随着造型过程的进行而发生变 化，非常适合塑造外形不是很规则、具有 动态变化性质的景物
基于粒子系统的造型
动态性： 系统中的每个粒子都可以随时间 发生位置和形态的变化，并且具 有生命特征，即每个粒子都将经 历出生、运动及死亡3个阶段
随机性： 每个粒子都有一组随机取值的属性，如起始位 置、初速度、颜色、大小等，使得粒子的形状 和位置等发生随机变化，但整体形态保持相对 稳定
过程造型技术
计算机动画关键技术综述
汇报人：XXX
三维动画制作流程
• 建模 • 赋材质和贴图 • 加灯光与摄像机 • 动画效果设置 • 场景渲染
建模
• 定义 利用动画系统提供的基本几何体或线条、
曲面等来创建物体的几何模型
建模
赋材质和贴图
• 赋材质 赋予物体几何模型以某种材料的材质属
性，比如颜色、光亮度和透明度等参数， 使之呈现出某种材料(木头、石材、塑料和 金属等)所应该表现出来的颜色和质感，以 此造成物体是由某种材料“做成”的感觉。 • 贴图
把有纹理或图案的图像“贴”在物体表 面
赋材质和贴图
物体被赋予材质并贴图后，外表就会具有 逼真的材质和纹理效果
加灯光与摄像机
• 在场景中放置虚拟灯光后可模拟真实世界 的明暗和色彩，产生光照和阴影效果
• 在场景中放置虚拟摄像机，可以产生摄像 机视图，模拟真实摄像机拍摄时从镜头中 看到的画面，从而制作出如同用真实摄像 机拍摄到的画面
特征表示法 CSG构造实体几何法 边界表示法 空间分割法
基于分形技术的造型 基于粒子系统的造型 基于物理的造型
几何造型技术
特征表示法 CSG构造实体几何法 边界表示法 空间分割法
特征表示法
• 定义 使用一组特征参数来定义和生成物体
特征
形状特征 材料特征
长、宽、高 半径、开口角度 孔径
硬度 密度 弹性 延展性