第10章 計算機圖形學(xué)應(yīng)用課件

計算機圖形學(xué)基礎(chǔ)第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用本章主要內(nèi)容10.1計算機動畫10.2計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）10.3虛擬現(xiàn)實與計算機仿真10.4科學(xué)計算可視化10.5計算機動畫實例——隕石撞飛機

第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用10.1.1計算機動畫的起源與發(fā)展

60年代:二維計算機輔助動畫系統(tǒng)

(MSGEN系統(tǒng)(加拿大),CAAS系統(tǒng)(美國)）70年代:三維圖形與動畫的基本技術(shù)的開發(fā);

一小批領(lǐng)導(dǎo)三維動畫與圖像的公司的出現(xiàn);

一些三維可明暗著色的系統(tǒng)的完成;80年代:優(yōu)化70年代出現(xiàn)的模型和陰影技術(shù);

多倫多大學(xué)(過程技術(shù))

俄亥俄洲立大學(xué)(人物分級動畫與逆向運動學(xué))

蒙特利爾大學(xué)(人物動畫與嘴唇同步)

東京大學(xué)(氣泡表面模型技術(shù))

出現(xiàn)較成熟動畫制作軟件：

AliasAnimator(加拿大),Softimage(美國)Wavefront(美國),Explore/TDImage(法)90年代:動力學(xué)仿真技術(shù)、三維仿真演員系統(tǒng) 自主動畫(面向目標(biāo)的動畫)

《誰陷害了兔子羅杰？》第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用10.1.2計算機動畫的應(yīng)用

動畫片制作、廣告特技教學(xué)演示訓(xùn)練模擬、作戰(zhàn)演習(xí)產(chǎn)品模擬試驗醫(yī)學(xué)診斷電子游戲其他……第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用10.1.3計算機動畫的過程與分類

計算機動畫劃分為三個步驟：

1.造型

2.運動控制

3.繪制

分類：l

從動畫速度分為逐幀動畫與實時動畫。l

從動畫對象

從動畫對象的角度，從總體上將計算機動畫分為圖形動畫和圖象動畫

l

從動畫方法

主要有關(guān)鍵幀方法、彈性體動畫、人體動畫和關(guān)節(jié)動畫、過程動畫第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用10.1.4計算機動畫的中的運動控制方法

關(guān)鍵幀動畫法

1、關(guān)鍵幀中物體要素之間的對應(yīng)問題。

2、對應(yīng)要素之間的插值方法。代數(shù)動畫法（造型動畫法）具體可以分為運動學(xué)模型、動力學(xué)模型和逆向模型。

第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用運動學(xué)模型通過直接給出物體的運動速度或運動軌跡，來控制物體的運動規(guī)律。

物體的剛體運動可以用下式表示：

其中矩陣[lij]是局部坐標(biāo)系相對于世界坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣，它決定了物體在時刻t的方向；向量{xm(t),ym(t),zm(t)}是時刻t局部坐標(biāo)系的原點相對于世界坐標(biāo)系的坐標(biāo)，即相對平移量。

第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用動力學(xué)模型——即根據(jù)物體的物理屬性及其所受外力情況對物體各部分進(jìn)行受力分析，再由牛頓第二定理或相應(yīng)的物理定律得出物體根部分得加速度，以控制物體得運動。剛體動力學(xué)模型

彈性體動力學(xué)模型

Terzopoulos于87年提出的根據(jù)物體的變形產(chǎn)生的應(yīng)力來控制物體的運動。

Miller的“Snakemotion”。

在布料動畫方面，90年Aono通過假設(shè)布料是各向同性的，利用廣義虎克定理控制布料的運動。

無論在對其進(jìn)行動力學(xué)模擬時，都涉及到碰撞檢測問題。

第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用二維圖形的關(guān)鍵幀方法

A3B1B2A1A2B3多邊形之間的插值多邊形頂點間的對應(yīng)?

第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用增加頂點數(shù)的方法

多邊形A多邊形B中間多邊形重合頂點邊內(nèi)加頂點多邊形A多邊形B中間多邊形二維圖形的關(guān)鍵幀方法

第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用插值方法要解決的問題插值路徑：位置線性插值法

IntrinsicShapeBlending

AB兩種不同的插值路徑得到不同的結(jié)果AB二維圖形的關(guān)鍵幀方法

第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用

對應(yīng)問題是三維圖形關(guān)鍵幀方法中的首要問題。對虧格為零的多面體

要尋找其對應(yīng)，首先要使其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相同，最基本的想法是先將它們都對應(yīng)到單位球上，在單位球上把拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)合并，這樣以單位球作為媒體實現(xiàn)兩個虧格為零的多面體的對應(yīng)。總體步驟：

1、把兩個物體映射到同一單位球上。

2、在單位球上把拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)合并。

3、合并后的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)映射回原來的物體，從而得到兩個與原來的物體有相同的幾何形狀的新模型，而著兩個新模型有著共同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。三維圖形的關(guān)鍵幀方法

第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用三維圖形的關(guān)鍵幀方法

星形物體的映射

掃描(sweep)體的映射

平移掃描體到其凸包的映射第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用三維圖形的關(guān)鍵幀方法

基于物理的方法

ABe1e2e3e4e5abcdei1i2

拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的合并第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用圖象的關(guān)鍵幀方法

主要要解決的是圖象間象素點的對應(yīng)問題根據(jù)象素點在兩幅圖象中的位置進(jìn)行對應(yīng)基于特征的圖象變形技術(shù)

PQAuvP’Q’A’vu目標(biāo)圖象源圖象

以一對特征線為基礎(chǔ)的對應(yīng)第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用圖象的關(guān)鍵幀方法

P2Q2Au2v2P’2Q’2A’2v2u2目標(biāo)圖象源圖象

以兩對特征線為基礎(chǔ)的對應(yīng)P1Q1u1v1u1v1P’1Q’1A’1A’第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用10.1.5人體動畫和關(guān)節(jié)動畫

人體動畫的研究內(nèi)容主要包括

面部表情、軀體動畫、手的運動、著裝的模擬

人體的造型

基本立體形態(tài)的組合來構(gòu)造人體

Metaball造型技術(shù)

定義等勢面來構(gòu)造空間的一張隱式曲面

不光滑

用橢球組合成的體第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用人體的造型

P1P2r(P2)r(P1)

以線段為骨架的隱式曲面(a)(b)sisj

骨架交接處產(chǎn)生凸起第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用人體的造型

Psisjdidjd

骨架交接處附近的點到骨架的距離定義sisj

采用新的距離定義生成的曲面第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用運動控制面部動畫

關(guān)鍵幀方法

參數(shù)化面部模型

基于肌肉的模擬方法

軀體動畫

骨架運動的控制

外層肌膚的變形

si+1sisj

人體骨架結(jié)構(gòu)(xi(t),yi(t))lili+1(xi+1(t),yi+1(t))

i(t)

i+1(t)(xi+2(t),yi+2(t))

人體骨架的部分參數(shù)第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用10.1.6過程動畫

用一個過程來描述物體的變動規(guī)律，它往往與前述的運動學(xué)方法、動力學(xué)方法相互結(jié)合，如用數(shù)學(xué)模型控制水波運動等。粒子系統(tǒng)

將造型和動畫連成一體。其基本思想是用大量形狀簡單的微小粒子作為基本元素來表示不規(guī)則景物，通過大量粒子的運動來描述所表示物體的運動。

群體動畫

用來模擬以群體方式運動的對象，如鳥、魚等。一定程度上可以將其看成粒子系統(tǒng)的推廣

第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用粒子系統(tǒng)程序?qū)嵗航ㄗh作為“隕石撞飛機”的爆炸效果。第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用10.1.7計算機動畫的制作軟件

三維動畫制作軟件

Softimage3D

MAYA

3DsMax

網(wǎng)頁動畫格式及制作軟件Flash動畫3DFlashAnimator

Swish

GIF動畫格式Ulead的GifAnimatorMicroMedia的FireworksAdobe的ImageReady第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用10.2計算機輔助設(shè)計與制造（CAD/CAM）

CAD/CAM系統(tǒng)的組成CAD/CAM研究熱點

國內(nèi)外CAD/CAM軟件比較

第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用二維圖形：AutoCAD三維圖形（造型設(shè)計）：Pro/Engineer

請比較：CAXA電子圖板/CAXA-ME

第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用10.3虛擬現(xiàn)實與計算機仿真基本概念虛擬現(xiàn)實計算機仿真技術(shù)三維計算機圖形學(xué)

三者之間關(guān)系國內(nèi)外研究機構(gòu)虛擬現(xiàn)實(VR)平臺虛擬現(xiàn)實工具第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用著陸離開月球第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用中視典公司的VR-Platform軟件

第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用10.4

科學(xué)計算可視化什么是科學(xué)計算可視化(VisualizationinScientificComputing)研究如何把科學(xué)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成可視的、能幫助科學(xué)工作者理解的信息的計算方法，是把計算機圖形學(xué)與圖象處理技術(shù)應(yīng)用于計算科學(xué)的綜合學(xué)科。可視化的研究內(nèi)容

可視化過程：數(shù)據(jù)預(yù)處理、映射、繪制和顯示

第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用使用Java程序可以在Web上查看國家圖書館的“醫(yī)學(xué)可視化人類”殺人犯JosephPaulJernigan，1993，切為1800多幅解剖圖片，（節(jié)省喪葬費）科學(xué)計算可視化應(yīng)用領(lǐng)域第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用輔助教學(xué)與研究華中科技大學(xué)，李元杰，數(shù)字物理作品氣象預(yù)報地質(zhì)勘探……科學(xué)計算可視化應(yīng)用領(lǐng)域第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用氣象預(yù)報衛(wèi)星云圖第10章計算機圖形學(xué)應(yīng)用10.5二維簡單游戲設(shè)計“隕石撞飛機”

主要控件與功能函數(shù)位圖Bitmap類的應(yīng)用鍵盤響應(yīng)（消息WM_KEYDOWN）處理函數(shù)定時器二維圖形，不需要使用OpenGL圖形庫。

參見第