计算机图形学 计算机动画
多媒体技术应用教程之计算机动画制作技术
角色设计
游戏中的角色形象简洁明了，色彩鲜 明，符合游戏主题。
物理模拟
游戏中的物理模拟精确地再现了现实 世界中的物理规律，如重力、碰撞等 。
交互体验
通过动画和特效的结合，提供流畅的 交互体验，增强游戏的趣味性。
06
计算机动画制作发展趋势与展 望
AI与机器学习在计算机动画中的应用
总结词
AI和机器学习技术在计算机动画制作中发挥着越来越重要的 作用，它们能够自动生成复杂的动画效果，提高制作效率， 为动画制作带来更多可能性。
适用于高端影视制作，提供六面体绑定和动画解决方案，支持复杂 的角色动画和特效制作。
Adobe After Effects
强大的合成功能
将多个图层合并为一个合成，并应用各种视觉 效果和动画。
动态图形设计
创建动态图形模板，用于视频、电视和网络媒 体。
3D效果
支持3D图层和3D渲染效果，实现更丰富的视觉表现。
3
运动规律可以应用于不同领域，如角色动画、自 然现象模拟等，为计算机动画制作提供重要的技 术支持。
三维建模与渲染
三维建模是计算机动画制作中不可或缺的一环，通过建立三维模型来构建动画场景 和角色。
三维模型可以根据实际需求进行精细的细节处理和纹理贴图，以实现逼真的视觉效 果。
渲染是将三维模型转化为二维图像的过程，通过渲染技术可以模拟光线在场景中的 传播和反射，增强动画的真实感。
音效与配乐整合
将音效和配乐与动画进行整合，确保音效与画面、音乐的协调一致 。
05
计算机动画制作案例分析
《狮子王》角色动画制作解析
总结词
角色建模
通过分析《狮子王》的角色动画制作过程 ，了解计算机动画制作技术在角色建模、 表情和动作设计等方面的应用。
熟悉计算机图形学中的渲染和动画技术
熟悉计算机图形学中的渲染和动画技术计算机图形学是研究如何生成和处理图像的一门学科，其中渲染和动画技术是其中两个重要的分支。
渲染技术涉及将3D模型转化为最终图像的过程，动画技术则涉及通过在时间上的演变表现出运动和变形效果。
下面将分别介绍这两个技术的概念和相关的算法。
首先是渲染技术。
渲染技术是将3D模型转化为最终图像的过程，它涉及到光照、阴影、材质等方面的计算。
渲染可以分为实时渲染和离线渲染两种方式。
实时渲染是指在计算机硬件和软件的支持下实时生成图像，主要应用于实时交互的场景，如游戏和虚拟现实技术。
而离线渲染则是指通过计算机集群等大规模计算资源，对图像进行高质量渲染，主要应用于电影、动画片等需要精细渲染的场景。
在实时渲染中，常用的渲染算法包括光栅化和光线追踪。
光栅化是指将场景中的3D模型转化为2D像素的过程。
在光栅化算法中，常见的处理方式包括顶点处理和片元处理。
顶点处理指的是对模型的顶点进行变换和光照计算，得到片元的位置和颜色信息。
片元处理则是对模型的片元进行插值和纹理映射，最终得到最终图像。
光栅化算法的优点是速度快，适用于实时场景，但对于复杂的光照和阴影效果处理不够精细。
相比之下，光线追踪算法的优势在于能够更精确地模拟光照和阴影等效果。
光线追踪算法是一种模拟光线从光源发出，经过反射、折射等过程，最终到达相机的过程。
在光线追踪算法中，常见的追踪方式包括逐像素和逐光线追踪。
逐像素追踪是指对于每个像素，都发射一束光线进行追踪，逐个像素计算光照和阴影效果。
而逐光线追踪则是从相机出发，在场景中追踪所有可能与之相交的光线，通过递归的方式不断追踪，最终得到像素的颜色信息。
光线追踪算法的缺点是计算量大，速度较慢，不适合实时渲染。
除了以上两种渲染算法，还有一些其他的渲染技术，如体渲染、点渲染等。
体渲染是指对于具有三维结构信息的对象（如医学影像等），进行体素的分析和图像生成。
点渲染则是通过在屏幕上显示一系列点的方式，表现出对象的形状和结构。
计算机图形学基础：渲染与动画效果实现
计算机图形学基础：渲染与动画效果实现计算机图形学是研究如何将图像和动画制作成电脑能够显示的形式的学科。
它包括了渲染技术以及动画效果实现技术。
渲染是指将三维模型转化为二维图像的过程，而动画效果实现是指利用计算机实现物体的运动和变形效果。
本文将详细介绍计算机图形学基础中渲染与动画效果实现的步骤与原理。
一、渲染的步骤：1. 几何建模：首先，需要通过几何建模来创建三维模型。
这可以通过手动建模或者使用计算机辅助设计软件来完成。
几何建模包括了点、线、面的创建，以及它们之间的连接行为。
根据需要，这些模型可以是简单的几何体，如球体或立方体，也可以是更复杂的形状，如人体或汽车模型。
2. 光照计算：在渲染过程中，光照是一个非常重要的因素。
光照计算的目的是确定每个像素的颜色值。
这可以通过模拟光的传播和反射来实现。
常见的光照模型有环境光、漫反射光和镜面光。
通过考虑光源的位置、颜色和材质的反射性质，可以得到每个像素的颜色值。
3. 阴影计算：阴影是模拟物体之间互相遮挡的效果。
常见的阴影算法有平面阴影和体积阴影。
平面阴影是指根据光源与物体和平面之间的位置关系来计算阴影的效果，而体积阴影是通过考虑光的传播和吸收来模拟真实世界中的阴影效果。
4. 纹理映射：纹理映射是将二维图像映射到三维模型表面的过程。
通过将纹理图像与模型表面坐标进行对应，可以实现模型表面的细节和色彩。
常见的纹理映射方法有UV映射和球面映射。
UV映射是将纹理图像与模型表面坐标直接对应，而球面映射则是将纹理图像投影到一个球体上，再应用于模型表面。
5. 渲染器实现：最后，将以上步骤结合起来，实现一个渲染器。
渲染器是一个软件或硬件模块，用于处理几何模型、光照计算、阴影计算和纹理映射等过程。
渲染器可以根据不同的渲染算法和参数，输出二维图像或视频。
二、动画效果实现的步骤：1. 基础动画：基础动画通过控制物体的位置、缩放和旋转来实现物体的运动效果。
这可以通过在不同帧之间插值物体的属性，以及逐帧播放来实现。
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
浅谈三维动画与计算机图形图像理论
中， 据策划 ， 根 以及 结 合 现有 的 素 材 资 源进 行动 画 的构 思 。
பைடு நூலகம்
３ 三 维 动 画 及与 计 算 机理 论的 应 用 角色动画中的角色可 以是任何 东西 ， 从一个单个的几何体到一
算法并结合 ＭＡ Ａ软件具体 分析三维动画的角色设计。 Ｙ 关键词 ： 三维动画 计算机图形图像 ＭＡ Ａ软件 Ｙ
用 计 算 机 产 生 表 现 真 实 对 象 和 模 拟 对 象 随 时 间 变 化 的行 为 和
动作 ， 称为计算机动 画。计算机三维动画是计 算机 图形学的一个重
进 行 组 合 插 值 。近年 来 ， 多 新 的数 学 方法 被 应 用至 这 一 技 术 中 ， 很 ４ 以
要 的分枝 ， 其应用领 域十分宽广 ， 包括影视作 品制作、 科学研究、 视
变形 节 点 。正 是 因 为角 色是 组 ， 可 以将 其 它节 点 放 置在 该 组 中 ， 就 或 放 置 在 其 它 节点 的某 个 通道。这样 ， 有相 对于角色动画的通道需要添 只 加到该角色中， 不必去寻找其它的通道 和特定 的关键 帧 ， 而这些特定 的关键帧只有在 不使用角色组进行动画时才出现。用计算栅产生表现真 实对象 和模拟 对 象 随 时 间 变化 的行 为和 动 作 ， 为计 算 机 动 画 。 称
穗 信 息 技 术
浅谈三维动画与计算机图形图像理论
李江 武艳 丈 郝腾 飞 （ 西安建筑 １ ． 科技大 学信息网 络中心 ２陕西电 制作 ；． 视台 部动画 科）
摘 要：结合计算机专业理论和计算机图形图像学理论 以及相 关的制作 动画的常识论讨论三维动画技术。三维动画的片头字幕和 角色动 画的动作 周期可以用计算机理论中的布尔运算和数据结构来解释 。通过 各种详细 的
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。
CG是什么
SG是什么，英文缩写，多指计算机图形。
计算机图形学(Computer Graphics，简称CG)是一种使用数学算法将二维或三维图形转化为计算机显示器的栅格形式的科学。
随着以计算机为主要工具进行视觉设计和生产的一系列相关产业的形成,国际上习惯将利用计算机技术进行视觉设计和生产的领域通称为CG。
计算机动画（Computer Animation），是借助计算机来制作动画的技术。
计算机动画也有非常多的形式，但大致可以分为二维动画和三维动画两种。
二维动画也称为2D动画。
借助计算机2D位图或者是矢量图形来创建修改或者编辑动画。
现在的2D动画在前期上往往仍然使用手绘然后扫描至计算机或者是用数写板直接绘制作在计算机上，然后在计算机上对作品进行上色的工作。
而特效，音响音乐效果，渲染等后期制作则几乎完全使用计算机来完成。
一些可以制作二维动画的软件有包括Flash,AfterEffects,Premiere等，三维动画也称为3D 动画。
基于3D计算机图形来表现。
有别于二维动画，三维动画提供三维数字空间利用数字模型来制作动画。
给予动画者更大的创作空间。
精度的模型，和照片质量的渲染使动画的各方面水平都有了新的提高，也使其被大量的用于现代电影之中。
3D动画几乎完全依赖于计算机制作，在制作时，大量的图形计算机工作会因为计算机性能的不同而不同。
3D动画可以通过计算机渲染来实现各种不同的最终影像效果。
包括逼真的图片效果，以及2D动画的手绘效果。
三维动画主要的制作技术有：建模，渲染，灯光阴影，纹理材质，动力学，粒子效果（部分2D软件也可以实现）、布料效果、毛发效果等。
软件则包括3Dmax,Maya,LightWave 3D,Softimage XSI等。
计算机动画制作技术通过计算机得到了很大的延伸。
很多技术不仅用在动画制作上，还用在电视、电影的制作上。
这些技术包括卡通渲染动画（cel-Shading/T oon Shading Animation）动作捕捉（motion capture），蓝屏（blue screen），非真实渲染（non-photorealistic rendering），骨骼动画（skeletal animation），目标变形动画（morph target animation），模拟（simulation、模拟风，雨，雷，电等）使用位图或矢量平面图形。
计算机图形学及其在数字媒体中的应用
计算机图形学及其在数字媒体中的应用一、引言近年来，计算机图形学的发展已经成为了数字媒体领域的一个重要组成部分。
计算机图形学主要涉及到计算机图像的存储、处理、分析和显示等方面。
而数字媒体则是指利用计算机技术生成和处理的图像、视频、音频等多媒体形式的信息。
本文将就计算机图形学的基本原理和数字媒体中的应用进行探讨。
二、计算机图形学的基础理论1. 数学基础计算机图形学的基础理论主要包括线性代数、微积分、概率论与数理统计等。
线性代数主要用于处理空间中向量和矩阵的表达式，微积分则用于处理曲线和曲面的相关问题，概率论与数理统计则用于处理图像处理中的噪声、模式识别等问题。
2. 图像处理基础图像处理是计算机图形学的基础之一。
主要包括二维数字图像的基本操作（如平移、旋转、缩放、镜像等）、图像增强（如灰度变换、滤波等）和图像分割（如阈值分割、区域生长法等）等方面。
3. 几何学基础几何学是计算机图形学另一个重要的基础学科。
它包括欧氏几何、投影几何和三角测量等。
欧氏几何主要用于刻画物体的形状、大小和位置等信息，投影几何则用于描述投射光线到投影平面上时的变换关系，而三角测量则用于处理三维场景中物体之间的相对位置关系。
三、数字媒体中的计算机图形学应用1. 图像处理图像处理是数字媒体中应用最广泛的计算机图形学技术之一。
它主要包括图像增强、图像复原、图像分割、形态学处理等方面。
在数字媒体中，图像处理的应用主要涉及影像处理、印刷业、医学成像、行星探测等领域。
以数字印刷为例，图像处理技术可以提高印刷品的质量和生产效率。
在数码印刷制版过程中，图像处理软件可以调整图片的对比度、亮度、色彩平衡等，使图像更加清晰、细腻。
此外，图像处理技术还可以通过减少噪声、去除斑点等方式来提高印刷品的质量和美观度。
2. 计算机动画计算机动画是数字媒体中最为重要的一种技术应用。
它主要是借助计算机的高速计算和图形显示能力来生成和显示动画图像。
计算机动画可以分为三种：计算机辅助动画制作、计算机特效和计算机生成的动画。
- 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)。
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
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 (5) 合成角色的面部动画
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),
பைடு நூலகம்
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)
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
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》
§3.2 计算机动画设计与制
3.2.1 计算机动画的作类型
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. “TRON” , (Disney公司, 1982)
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)
(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）
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
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 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
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
(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
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录一系列单个
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
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; 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
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)
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)）
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;
3.1.3 计算机动画的具体研究内容与目标 研究内容
3.1.3.1 关键帧插值技术(Keyframe Animation)
1. Doris Koch插值方法; 2. 双B样条方法(Time-keyframe & Position-keyframe); 3. 其它样条方法
Wavefront(美国), Explore/TDImage(法)
《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, 19
2. “旅行者二号”, (JPL实验室,70年代后期)