第10章 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用課件

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)基礎(chǔ)第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用本章主要內(nèi)容10.1計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)10.2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）10.3虛擬現(xiàn)實(shí)與計(jì)算機(jī)仿真10.4科學(xué)計(jì)算可視化10.5計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)實(shí)例——隕石撞飛機(jī)

第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用10.1.1計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的起源與發(fā)展

60年代:二維計(jì)算機(jī)輔助動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)

(MSGEN系統(tǒng)(加拿大),CAAS系統(tǒng)(美國(guó))）70年代:三維圖形與動(dòng)畫(huà)的基本技術(shù)的開(kāi)發(fā);

一小批領(lǐng)導(dǎo)三維動(dòng)畫(huà)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(guò)程技術(shù))

俄亥俄洲立大學(xué)(人物分級(jí)動(dòng)畫(huà)與逆向運(yùn)動(dòng)學(xué))

蒙特利爾大學(xué)(人物動(dòng)畫(huà)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(dòng)畫(huà)制作軟件：

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

《誰(shuí)陷害了兔子羅杰？》第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用10.1.2計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的應(yīng)用

動(dòng)畫(huà)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(yàn)醫(yī)學(xué)診斷電子游戲其他……第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用10.1.3計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的過(guò)程與分類(lèi)

計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)劃分為三個(gè)步驟：

1.造型

2.運(yùn)動(dòng)控制

3.繪制

分類(lèi)：l

從動(dòng)畫(huà)速度分為逐幀動(dòng)畫(huà)與實(shí)時(shí)動(dòng)畫(huà)。l

從動(dòng)畫(huà)對(duì)象

從動(dòng)畫(huà)對(duì)象的角度，從總體上將計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)分為圖形動(dòng)畫(huà)和圖象動(dòng)畫(huà)

l

從動(dòng)畫(huà)方法

主要有關(guān)鍵幀方法、彈性體動(dòng)畫(huà)、人體動(dòng)畫(huà)和關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)、過(guò)程動(dòng)畫(huà)第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用10.1.4計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的中的運(yùn)動(dòng)控制方法

關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)法

1、關(guān)鍵幀中物體要素之間的對(duì)應(yīng)問(wèn)題。

2、對(duì)應(yīng)要素之間的插值方法。代數(shù)動(dòng)畫(huà)法（造型動(dòng)畫(huà)法）具體可以分為運(yùn)動(dòng)學(xué)模型、動(dòng)力學(xué)模型和逆向模型。

第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)學(xué)模型通過(guò)直接給出物體的運(yùn)動(dòng)速度或運(yùn)動(dòng)軌跡，來(lái)控制物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

物體的剛體運(yùn)動(dòng)可以用下式表示：

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

第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用動(dòng)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(duì)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(yùn)動(dòng)。剛體動(dòng)力學(xué)模型

彈性體動(dòng)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(lái)控制物體的運(yùn)動(dòng)。

Miller的“Snakemotion”。

在布料動(dòng)畫(huà)方面，90年Aono通過(guò)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(yùn)動(dòng)。

無(wú)論在對(duì)其進(jìn)行動(dòng)力學(xué)模擬時(shí)，都涉及到碰撞檢測(cè)問(wèn)題。

第10章計(jì)算機(jī)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(diǎn)間的對(duì)應(yīng)?

第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用增加頂點(diǎn)數(shù)的方法

多邊形A多邊形B中間多邊形重合頂點(diǎn)邊內(nèi)加頂點(diǎn)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用插值方法要解決的問(wèn)題插值路徑：位置線(xiàn)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用

對(duì)應(yīng)問(wèn)題是三維圖形關(guān)鍵幀方法中的首要問(wèn)題。對(duì)虧格為零的多面體

要尋找其對(duì)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(duì)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(shí)現(xiàn)兩個(gè)虧格為零的多面體的對(duì)應(yīng)?？傮w步驟：

1、把兩個(gè)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(lái)的物體，從而得到兩個(gè)與原來(lái)的物體有相同的幾何形狀的新模型，而著兩個(gè)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)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(diǎn)的對(duì)應(yīng)問(wèn)題根據(jù)象素點(diǎn)在兩幅圖象中的位置進(jìn)行對(duì)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(duì)特征線(xiàn)為基礎(chǔ)的對(duì)應(yīng)第10章計(jì)算機(jī)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?xún)蓪?duì)特征線(xiàn)為基礎(chǔ)的對(duì)應(yīng)P1Q1u1v1u1v1P’1Q’1A’1A’第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用10.1.5人體動(dòng)畫(huà)和關(guān)節(jié)動(dòng)畫(huà)

人體動(dòng)畫(huà)的研究?jī)?nèi)容主要包括

面部表情、軀體動(dòng)畫(huà)、手的運(yùn)動(dòng)、著裝的模擬

人體的造型

基本立體形態(tài)的組合來(lái)構(gòu)造人體

Metaball造型技術(shù)

定義等勢(shì)面來(lái)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用人體的造型

P1P2r(P2)r(P1)

以線(xiàn)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用人體的造型

Psisjdidjd

骨架交接處附近的點(diǎn)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用運(yùn)動(dòng)控制面部動(dòng)畫(huà)

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(dòng)畫(huà)

骨架運(yùn)動(dòng)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(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用10.1.6過(guò)程動(dòng)畫(huà)

用一個(gè)過(guò)程來(lái)描述物體的變動(dòng)規(guī)律，它往往與前述的運(yùn)動(dòng)學(xué)方法、動(dòng)力學(xué)方法相互結(jié)合，如用數(shù)學(xué)模型控制水波運(yùn)動(dòng)等。粒子系統(tǒng)

將造型和動(dòng)畫(huà)連成一體。其基本思想是用大量形狀簡(jiǎn)單的微小粒子作為基本元素來(lái)表示不規(guī)則景物，通過(guò)大量粒子的運(yùn)動(dòng)來(lái)描述所表示物體的運(yùn)動(dòng)。

群體動(dòng)畫(huà)

用來(lái)模擬以群體方式運(yùn)動(dòng)的對(duì)象，如鳥(niǎo)、魚(yú)等。一定程度上可以將其看成粒子系統(tǒng)的推廣

第10章計(jì)算機(jī)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(jī)”的爆炸效果。第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用10.1.7計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的制作軟件

三維動(dòng)畫(huà)制作軟件

Softimage3D

MAYA

3DsMax

網(wǎng)頁(yè)動(dòng)畫(huà)格式及制作軟件Flash動(dòng)畫(huà)3DFlashAnimator

Swish

GIF動(dòng)畫(huà)格式Ulead的GifAnimatorMicroMedia的FireworksAdobe的ImageReady第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用10.2計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與制造（CAD/CAM）

CAD/CAM系統(tǒng)的組成CAD/CAM研究熱點(diǎn)

國(guó)內(nèi)外CAD/CAM軟件比較

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

請(qǐng)比較：CAXA電子圖板/CAXA-ME

第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用10.3虛擬現(xiàn)實(shí)與計(jì)算機(jī)仿真基本概念虛擬現(xiàn)實(shí)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)

三者之間關(guān)系國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)平臺(tái)虛擬現(xiàn)實(shí)工具第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用著陸離開(kāi)月球第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用中視典公司的VR-Platform軟件

第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用10.4

科學(xué)計(jì)算可視化什么是科學(xué)計(jì)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(jì)算方法，是把計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖象處理技術(shù)應(yīng)用于計(jì)算科學(xué)的綜合學(xué)科?？梢暬难芯?jī)?nèi)容

可視化過(guò)程：數(shù)據(jù)預(yù)處理、映射、繪制和顯示

第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用使用Java程序可以在Web上查看國(guó)家圖書(shū)館的“醫(yī)學(xué)可視化人類(lèi)”殺人犯JosephPaulJernigan，1993，切為1800多幅解剖圖片，（節(jié)省喪葬費(fèi)）科學(xué)計(jì)算可視化應(yīng)用領(lǐng)域第10章計(jì)算機(jī)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(bào)地質(zhì)勘探……科學(xué)計(jì)算可視化應(yīng)用領(lǐng)域第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用氣象預(yù)報(bào)衛(wèi)星云圖第10章計(jì)算機(jī)圖形學(xué)應(yīng)用10.5二維簡(jiǎn)單游戲設(shè)計(jì)“隕石撞飛機(jī)”

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

參見(jiàn)第