计算机图形学 计算机动画ppt课件
合集下载
计算机图形学ppt(共49张PPT)
过程动画技术
过程动画的概念
通过定义物体的运动规律或过程，由计算机自动生成动画。
过程动画的实现方法
基于物理模拟、基于过程建模、基于行为建模等。
过程动画的应用场景
自然现象的模拟（如风、雨、雪）、物体的变形和破碎效果等。
基于物理的动画技术
基于物理的动画概念
利用物理引擎模拟现实世界中的物理现象，生成逼真的动画效果 。
表面模型（Surface Model）
用多边形面片逼近三维物体的表面。
实体模型（Solid Model）
定义三维物体的内部和外部，表示物体的实体。
光线追踪（Ray Tracing）
模拟光线在三维场景中的传播，生成真实感图形。
三维图形的变换与裁剪
几何变换（Geometric Trans…
包括平移、旋转、缩放等变换，用于改变三维物体的位置和形状。
如中点画圆算法，利用圆 的八对称性，通过计算决 策参数来生成圆。
多边形的生成算法
如扫描线填充算法，通过 扫描多边形并计算交点来 生成多边形。
二维图形的变换与裁剪
二维图形的变换
包括平移（Translation）、旋转（Rotation）、 缩放（Scaling）等变换，可以通过变换矩阵来实 现。
二维图形的裁剪
Screen-Space Methods
利用屏幕空间信息进行半透明 物体的渲染，如屏幕空间环境 光遮蔽（SSAO）和屏幕空间 反射（SSR）。
06
计算机动画技术
Chapter
计算机动画概述
计算机动画的定义
01
通过计算机生成连续的动态图像，实现虚拟场景和角色的动态
表现。
计算机动画的应用领域
02
影视特效、游戏设计、虚拟现实、工业设计等。
《计算机图形学》课件
04
光照模型与阴影生成算法的应用广泛，例如在游戏开发、虚拟现实和 电影制作等领域。
纹理映射算法
纹理映射算法用于将图像或纹理贴图映射到三维物体 的表面。
输标02入题
常用的纹理映射算法包括纹理坐标、纹理过滤和纹理 压缩等。
01
03
纹理映射算法的应用广泛，例如在游戏开发、虚拟现 实和数字艺术等领域。
04
工业设计
使用CAD等技术进行产品设计和原型制作 。
游戏开发
创建丰富的游戏场景和角色，提供沉浸式 的游戏体验。
科学可视化
将复杂数据以图形方式呈现，帮助人们理 解和分析数据。
虚拟现实与增强现实
构建虚拟环境，实现人机交互，增强现实 感知。
02
计算机图形学基础知识
图像与图形的关系
图像
由像素组成的二维或三维数据，通常 用于表示真实世界或模拟的视觉信息 。
全息投影技术
总结词
全息投影技术能够实现三维立体显示，为观众提供沉浸式的 观影体验。
详细描述
全息投影技术利用干涉和衍射原理，将三维物体以全息图像 的形式呈现出来，使观众能够从不同角度观察到物体的立体 形态。这种技术将为电影、游戏和其他娱乐领域带来革命性 的变化。
增强现实技术
总结词
增强现实技术能够将虚拟信息与现实世界相结合，提供更加丰富的交互体验。
HSL和HSV模型
基于色调、饱和度和亮度（或 明度）来描述颜色。
RGBA模型
在RGB基础上增加透明度通道 。
图像处理技术
滤波和锐化
通过改变图像的像素值 来减少噪声、突出边缘
或细节。
色彩调整
改变图像中颜色的分布 和强度，以达到特定的
视觉效果。
图像分割
光照模型与阴影生成算法的应用广泛，例如在游戏开发、虚拟现实和 电影制作等领域。
纹理映射算法
纹理映射算法用于将图像或纹理贴图映射到三维物体 的表面。
输标02入题
常用的纹理映射算法包括纹理坐标、纹理过滤和纹理 压缩等。
01
03
纹理映射算法的应用广泛，例如在游戏开发、虚拟现 实和数字艺术等领域。
04
工业设计
使用CAD等技术进行产品设计和原型制作 。
游戏开发
创建丰富的游戏场景和角色，提供沉浸式 的游戏体验。
科学可视化
将复杂数据以图形方式呈现，帮助人们理 解和分析数据。
虚拟现实与增强现实
构建虚拟环境，实现人机交互，增强现实 感知。
02
计算机图形学基础知识
图像与图形的关系
图像
由像素组成的二维或三维数据，通常 用于表示真实世界或模拟的视觉信息 。
全息投影技术
总结词
全息投影技术能够实现三维立体显示，为观众提供沉浸式的 观影体验。
详细描述
全息投影技术利用干涉和衍射原理，将三维物体以全息图像 的形式呈现出来，使观众能够从不同角度观察到物体的立体 形态。这种技术将为电影、游戏和其他娱乐领域带来革命性 的变化。
增强现实技术
总结词
增强现实技术能够将虚拟信息与现实世界相结合，提供更加丰富的交互体验。
HSL和HSV模型
基于色调、饱和度和亮度（或 明度）来描述颜色。
RGBA模型
在RGB基础上增加透明度通道 。
图像处理技术
滤波和锐化
通过改变图像的像素值 来减少噪声、突出边缘
或细节。
色彩调整
改变图像中颜色的分布 和强度，以达到特定的
视觉效果。
图像分割
计算机图形学第十二章计算机动画技术
04
计算机动画的分类
与内容
二维动画
基于帧的动画
通过逐帧绘制或修改图像序列来 创建动画，每帧代表一个静态图 像，连续播放形成动态效果。
矢量动画
使用矢量图形（如直线、曲线和 多边形）来创建动画，可以方便 地缩放和旋转而不失真。
骨骼动画
通过为角色定义骨骼结构，并控 制骨骼的运动来驱动角色的动画 效果，使得角色可以做出自然、 流畅的动作。
物理建模技术
物理建模技术是通过建立物体的物理模型 来模拟物体的运动规律，从而使得动画更 加逼真。
02
计算机动画的关键
技术
建模技术
几何建模
利用点、线、面等基本图形元素构建三维模型，包括多边形网格、 NURBS曲面等表示方法。
物理建模
根据物理原理对物体进行建模，如刚体动力学、柔体动力学等，以 实现更真实的动画效果。
计算机动画作为一种艺术形式，如何 更好地表现情感、传递思想也是一项 重要挑战。需要不断探索新的艺术手 法和表现方式，提高计算机动画的艺 术性和感染力。
未来发展趋势
随着技术的不断进步和创新，计算机 动画技术将继续发展并拓展新的应用 领域。未来可能的方向包括更为逼真 的实时渲染技术、基于人工智能的自 动化动画制作工具、虚拟现实与增强 现实技术的深度融合等。同时，随着 5G、云计算等新技术的普及，计算机 动画的传输和展示方式也将发生变革 。
交互式动画
实时渲染动画
根据用户的输入或操作实时生成和渲染动画效果，常 用于游戏、交互式艺术等领域。
人机交互动画
通过识别用户的动作、语音或触摸等输入方式，实时 响应并生成相应的动画反馈，提升用户体验。
多用户协同动画
允许多个用户在同一虚拟环境中进行交互和协作，共 同创造和体验动画内容。
计算机图形学_完整版 ppt课件
三维观察设备 虚拟现实系统的输出显示设备 ……
输入设备
键盘、鼠标 按钮盒、旋钮 跟踪球、空间球 操作杆 触觉反馈设备 数据手套、数据衣 数字化仪 扫描仪 触摸板 光笔 ……
硬拷贝设备
打印机 喷墨 激光 ……
绘图仪 台式 大型滚动传送式 ……
图形硬件系统组成模块示意图：
或称图形坐标系、用户坐标系、全局坐标系 如在世界坐标系中进行装配
观察坐标系（viewing coordinate）
对场景进行观察所对应的坐标系 对象经变换到该场景的一个二维投影——投影变换
规范化坐标系（normalized coordinate）
可使图形软件与特定输出设备的坐标范围无关 坐标范围：-1～1，或0 ～ 1 等等
在场景中对物体移动、旋转、缩 放、扭曲等，或转换模型坐标系
3D→2D，并对观察区域进行裁 剪和缩放
一种伪变换，对窗口上的最终输 出进行移动、缩放等
三维几何变换
可用4×4矩阵操作统一表示二维和三维几何变换
缩放、旋转、 对称、错切等
平移
投影
整体缩放
基本变换：平移、旋转、缩放
复合变换：可由平移、旋转、缩放和其他变换的矩阵乘积 （合并）形成。
图元的绘制、显示过程
顶点 法向量、颜色、纹理… 像素
图元操作、像素操作 光栅化（扫描转换）
像素信息 帧缓存 显示器
调用底层函数，如 setPixel (x,y)；将当 前像素颜色设定值存 入帧缓存的整数坐标 位置（x,y）处。
图元描述与操作
几何图元由一组顶点（Vertex）描述 这一组顶点可以是一个或是多个。每个顶点信息二维或 三维，使用 2~4 个坐标。顶点信息由位置坐标、颜色 值、法向量、纹理坐标等组成。
输入设备
键盘、鼠标 按钮盒、旋钮 跟踪球、空间球 操作杆 触觉反馈设备 数据手套、数据衣 数字化仪 扫描仪 触摸板 光笔 ……
硬拷贝设备
打印机 喷墨 激光 ……
绘图仪 台式 大型滚动传送式 ……
图形硬件系统组成模块示意图：
或称图形坐标系、用户坐标系、全局坐标系 如在世界坐标系中进行装配
观察坐标系（viewing coordinate）
对场景进行观察所对应的坐标系 对象经变换到该场景的一个二维投影——投影变换
规范化坐标系（normalized coordinate）
可使图形软件与特定输出设备的坐标范围无关 坐标范围：-1～1，或0 ～ 1 等等
在场景中对物体移动、旋转、缩 放、扭曲等，或转换模型坐标系
3D→2D，并对观察区域进行裁 剪和缩放
一种伪变换，对窗口上的最终输 出进行移动、缩放等
三维几何变换
可用4×4矩阵操作统一表示二维和三维几何变换
缩放、旋转、 对称、错切等
平移
投影
整体缩放
基本变换：平移、旋转、缩放
复合变换：可由平移、旋转、缩放和其他变换的矩阵乘积 （合并）形成。
图元的绘制、显示过程
顶点 法向量、颜色、纹理… 像素
图元操作、像素操作 光栅化（扫描转换）
像素信息 帧缓存 显示器
调用底层函数，如 setPixel (x,y)；将当 前像素颜色设定值存 入帧缓存的整数坐标 位置（x,y）处。
图元描述与操作
几何图元由一组顶点（Vertex）描述 这一组顶点可以是一个或是多个。每个顶点信息二维或 三维，使用 2~4 个坐标。顶点信息由位置坐标、颜色 值、法向量、纹理坐标等组成。
计算机图形学 第六章 计算机动画(1)
动画形成的视觉原理——西洋镜
计算机动画的主要两个类别
计算机辅助动画
三维计算机动画
计算机动画制作主要步骤
创意策划 预处理 场景造型 设定材质和光源 设置动画 运动图像的绘制 动画播放 后处理 动画的录制 配音 上述步骤和次序并非是绝对的。
帧(Frame)
Anticipation
预期性
动画中的动作通常包括动作的准备、实际 的动作和动作的完成三部分。第一部分就 叫做预期性。
Staging
布局
布局就是以一种容易理解的方式展示动作 或对象。 角色的仪态及表演方式，配合适当的摄影 机运动，使得动画能够有效地表达角色的 特性及故事中的信息。
Follow-Through and Overlapping Action 跟随动作与重叠动作
通常，物体的运动轨迹取三次样条曲线，并且 由用户交互给出。 为了得到动画序列，必须对样条曲线等间隔采 样，以求得物体在每一帧的位置。 必须以弧长为参数对曲线重新参数化。
按参数采样与按弧长采样的对比
参数采样
弧长采样
例子
角色沿轨迹行走
飞机沿轨迹运动
常用的曲线类型
Hermite曲线
Bezier曲线
基于样条曲线插值的关键帧插值运动控制 技术
确定需控制的运动参数。
根据动画设计的要求，选取若干关键帧，设置 其参数值。 采用样条插值技术对关键帧参数进行插值。 对该插值样条进行离散采样，求得在中间每一 帧的参数值。
样条曲线插值
例子
样条驱动动画技术
计算机图形学 计算机动画ppt课件
生成
刚体的运动 ; 柔体的运动 ;
关节体的运动 ; 随机体的运动 ;
3.2.3 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
17
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
18
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)
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
17
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
18
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)
计算机图形学完整ppt课件
工业设计
利用计算机图形学进行产品设计、仿 真和可视化，提高设计效率和质量。
建筑设计
建筑师使用计算机图形学技术创建三 维模型，进行建筑设计和规划。
计算机图形学的相关学科
计算机科学
计算机图形学是计算机科学的一个重 要分支，涉及计算机算法、数据结构、 操作系统等方面的知识。
物理学
计算机图形学中的很多技术都借鉴了 物理学的原理，如光学、力学等，用 于实现逼真的渲染效果和物理模拟。
02
03
显示器
LCD、LED、OLED等，用 于呈现图形图像。
投影仪
将计算机生成的图像投影 到大屏幕上，用于会议、 教学等场合。
虚拟现实设备
如VR头盔，提供沉浸式的 3D图形体验。
图形输入设备
键盘和鼠标
最基本的图形输入设备，用于操 作图形界面和输入命令。
触摸屏
通过触摸操作输入图形指令，常 见于智能手机和平板电脑。
多边形裁剪算法
文字裁剪算法
判断一个多边形是否与另一个多边形相交， 如果相交则求出交集部分并保留。
针对文字的特殊性质，采用特殊的裁剪算法 进行处理，以保证文字的完整性和可读性。
05
光照模型与表面绘制
光照模型概述
光照模型是计算机图形学中用于模拟光线与物体表面交互的数学模型。
光照模型能够模拟光线在物体表面的反射、折射、阴影等效果，从而增强图形的真 实感。
二维纹理映射原理
根据物体表面的顶点坐标和纹理坐标，计算出每个像素点对应的纹 理坐标，从而确定像素点的颜色值。
二维纹理映射实现方法
使用OpenGL中的纹理映射函数，将纹理图像映射到物体表面。
三维纹理映射技术
三维纹理坐标
定义在三维空间中的坐标，表示纹理图像上的位置。
计算机图形学第10章计算机动画
05
计算机动画未来发 展趋势与挑战
计算机动画技术发展趋势
实时渲染技术
随着计算机硬件性能的提升，实时渲染技术将进一步提高，实现 更加逼真的动画效果。
人工智能与计算机动画结合
人工智能技术将在计算机动画中发挥更大作用，如生成角色动画、 场景布局等。
虚拟现实与增强现实技术
虚拟现实和增强现实技术将为计算机动画提供更广阔的应用空间， 如沉浸式游戏、虚拟演播室等。
特效合成
计算机动画技术可以用来合成特效 ，使影视作品更加震撼和引人入胜 。
虚拟现实中的计算机动画应用
场景模拟
01
在虚拟现实中，计算机动画技术可以用来创建动态的场景和环
境，提供更加真实的虚拟体验。
角色交互
02
通过计算机动画技术，可以创建逼真的角色动画，实现用户与
虚拟角色的交互。
特效展示
03
在虚拟现实中，计算机动画技术可以用来展示各种特效，如爆
场景动画
计算机动画技术可以用来 创建动态的场景和环境， 增强游戏的视觉效果。
特效动画
通过计算机动画技术，可 以制作出炫酷的特效，提 升游戏的观赏性。
影视制作中的计算机动画应用
角色动画
在影视制作中，计算机动画技术 可以用来创建逼真的角色动画，
提高影视作品的质量。
场景模拟
通过计算机动画技术，可以模拟出 各种场景，如灾难、战争等，为影 视作品提供更多的创意空间。
计算机动画发展历程
从早期的简单动画到现代的复杂3D动 画，计算机动画经历了不断的发展和 进步。
ห้องสมุดไป่ตู้
计算机动画应用领域
电影制作
计算机动画被广泛应用于电影制作中，包括 特效、角色建模和动画制作等。
计算机图形学PPT课件
三维图形投影方法
正投影
平行光线垂直投射到投影面上 ，形成物体的正投影。
斜投影
平行光线与投影面成一定角度 投射，形成物体的斜投影。
透视投影
从视点出发，通过透视变换将 三维物体投影到二维平面上。
阴影生成
根据光源位置和物体形状，计 算阴影的位置和形状。
05
真实感图形绘制技术
Chapter
消隐技术
消隐算法分类
计算机图形学PPT课件
目录
• 引言 • 图形系统基础 • 基本图形生成算法 • 三维图形变换与观察 • 真实感图形绘制技术 • 曲线与曲面绘制技术 • 计算机动画技术 • 计算机图形学前沿技术
01
引言
Chapter
计算机图形学概述
01
02
03
计算机图形学定义
研究计算机生成、处理和 显示图形的一门科学。
平移变换 旋转变换 缩放变换 镜像变换
将三维图形沿x、y、z方向移动一 定距离，不改变图形形状和大小 。
在x、y、z方向分别进行缩放，可 改变图形的大小和形状。
三维图形复合变换
变换顺序
先进行缩放、旋转，再进行平移，注意变换顺序对结果的影响。
变换矩阵
将各种基本变换表示为矩阵形式，便于进行复合变换的计算。
医学诊断
通过计算机图形学技术，医生可以更 直观地了解病人病情，进行更准确的 诊断和治疗。
军事模拟
计算机图形学在军事模拟和训练中发 挥重要作用，提高训练效果和作战能 力。
THANKS
感谢观看
通过模拟自然现象或物理过程，生成具有真实感的动画效 果。
过程动画制作流程
建立自然现象或物理过程的数学模型，利用计算机图形学 技术模拟模型的运动和变化过程，生成具有真实感的动画 效果。
教学课件 《计算机图形学》
孔斯曲面。法国雷诺公司的贝赛尔（P.Bezier）也提出了Bezier曲
线和曲面，他们被称为计算机辅助几何设计的奠基人。
•
70年代是计算机图形学发展过程中一个重要的历史时
期，计算机图形技术的应用进入了实用化的阶段，交互式图形系
统在许多国家得到应用；许多新的更加完备的图形系统不断被研
制出来。除了在军事上和工业上的应用之外，计算机图形学还进
次使用了“计算机图形”（Computer Graphics）这
个术语。此论文指出交互式计算机图形学是一个
可行的、有用的研究领域，从而确立了计算机图
形学作为一个崭新的学科分支的独立地位。
•
1964年，孔斯（S.Coons）提出了用小块曲面片组合表
示自由曲面，使曲面片边界上达到任意高阶连续的理论方法，称
•
1．以大型机为基础的图形系统
•
2．以中型或小型机为基础的图形系统
•
3．以工作站为基础的图形系统
•
4．以微机为基础的图形系统
2.2 图形硬件设备
•2.2.1图形显示设备
•1．阴极射线管（CRT）
• 最大偏转角 • 余辉时间 • 刷新 • 刷新频率
• 2．彩色阴极射线管（彩色CRT）
• 电子束穿透法 • 荫罩法
• 常用概念：
• 图像刷新 • 行频、帧频 • 逐行扫描、隔行扫描 • 像素 • 分辨率 • 点距 • 显示速度 • 帧缓冲存储器（帧缓存、显示存储器） • 色彩与灰度等级 • 颜色查找表
• 6．液晶显示器（Liquid-Crystal Display）
• 可视角度 • 点距和分辨率
• 7．等离子显示器
•
6．科学计算可视化
第2章 图形系统
2024版计算机图形学课件ppt课件
01计算机图形学概述Chapter计算机图形学的定义与发展定义发展历程虚拟现实和增强现实VR 图形学来生成和处理三维场景。
工业设计师使用计算机图形学技术来设计和模拟产品的外观和性能。
建筑设计建筑师使用计算机图形学技术来设计和可视化建筑模型。
游戏开发游戏中的场景、角色、特效等都需要计算机图形学的支持。
影视制作都需要用到计算机图形学技术。
计算机科学数学物理艺术02计算机图形学基础Chapter图形与图像的基本概念图形与图像的定义图形是指用矢量方法描述的图像，由几何图元（点、线、面等）组成；图像则是由像素点组成的位图。
图形与图像的区别图形具有矢量特性，可以无限放大而不失真；而图像放大后会失真，因为其由固定数量的像素点组成。
计算机图形学的研究内容研究如何在计算机中表示、生成、处理和显示图形的一门科学。
色彩模型与颜色空间色彩模型01颜色空间02常见的色彩模型与颜色空间031 2 3光栅图形矢量图形光栅图形与矢量图形的比较光栅图形与矢量图形图形显示设备与坐标系统图形显示设备01坐标系统02设备坐标系与逻辑坐标系0303图形生成技术Chapter直线生成算法DDA算法Bresenham算法中点画线法圆生成算法八分法画圆中点画圆法Bresenham画圆法扫描线填充算法边界填充算法洪水填充算法030201多边形填充算法01020304几何变换光照模型投影变换纹理映射三维图形生成技术04图形变换与裁剪技术Chapter01020304将图形在平面上沿某一方向移动一定的距离，不改变图形的大小和形状。
平移变换将图形绕某一点旋转一定的角度，不改变图形的大小和形状。
旋转变换将图形在某一方向上按比例放大或缩小，改变图形的大小但不改变形状。
缩放变换将图形关于某一直线或点进行对称，得到一个新的图形。
对称变换将三维物体在空间中沿某一方向移动一定的距离，不改变物体的大小和形状。
将三维物体绕某一轴旋转一定的角度，不改变物体的大小和形状。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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输入;
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，中间帧由计算机插值产生;
3.
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
6. 或伴音效果; 特别地,计算机辅助动画将动画上升到传统动
7. 画所不能达到的高度---三维动画
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
60年代: 二维计算机辅助动画系统 “Hunger”示意图 ( MSGEN系统(加拿大) , CAAS系统(美国)）
§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 ;
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
1887年，Thomas Edison和他的助手开始对动画进行研究 1895年，卢米埃尔兄弟因发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发明了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》
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录的画面的形式
而体现出来。
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(,设计故事情节、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
随机体的运动
(1) 粒子集动画 (2) 群组动画 (3) 植物生长的L系统 (4) 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发表论文《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
4. “星舰速舰记Ⅱ” , (过程模型的动画, 1983-84)
5. “Bio-Sensor” , (大阪大学与Toyo Links公司, 1984)
6.
(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. 没有运动就没有动画
原始定通过以一定的速度连续地投放画面来达到动态
原理:
的效果。 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录一系列单个
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 学习动画制作的方法及途径
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
柔体的运动
(1) 变形（deformation)
(2) 变形技术
(3) a. 非线性全局变形法
(4)
b. 自由形状变形法(FFD)
《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
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)
3. “TRON” , (Disney公司, 1982)
(5) (3) 变形动画（morph)
(4) 面部表情的模拟
(5) 合成角色的面部动画
关节体的运动
(1) 基本术语
(1) a.运动学(kinematics) (2) b. 关节体 (3) c. 自由度(DOF)
(4) d. 末端效应器(End Effector) (5) e. 状态向量(state vector) (2) 关节体运动 (3) a. 正运动学描述 (4) b. 逆运动学描述 (5) (3) 运动捕获技术
70年代: 三维图形与动画的基本技术的开发; 一小批领导三维动画与图像的公司的出现; 一些三维可明暗着色的系统的完成;
80年代: 优化70年代出现的模型和阴影技术; 康奈尔大学（辐射度方法），JPL实验室(运动动态), 加利福利亚大学(样条模型), 多伦多大学(过程技术), 俄亥俄洲立大学(人物分级动画与逆向运动学), 蒙特利尔大学(人物动画与嘴唇同步), 东京大学(气泡表面模型技术),广岛大学(辐射度与灯光) Alias Animator(加拿大), Softimage(美国) Wavefront(美国), Explore/TDImage(法)