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计算机动画关键技术综述 汇报人 XXX 1 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 2 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 3 建模 4 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 5 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 6 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 7 加灯光与摄像机 8 加灯光与摄像机 9 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 10 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 11 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渲染的过程就是进行大量复杂运算的过程 12 场景渲染 13 计算机动画关键技术 造型 modeling 建模动画控制 animating 动画效果设置渲染 rendering 渲染 14 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 15 造型 几何造型技术 过程造型技术 特征表示法 CSG构造实体几何法 边界表示法 空间分割法 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 造型 16 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 17 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 18 特征表示法 19 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 20 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 21 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 22 CSG构造实体几何法 23 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 24 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 25 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 拓扑信息 描述物体点 边 面的位置 大小和形状的几何信息 描述物体点 边 面之间连接关系的信息 26 边界表示法 27 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 28 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 29 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 30 空间分割法 31 空间分割法 八叉树表示法 32 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 如医学图像缺点不能精确表示一个物体实现非90 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 33 几何造型技术总结 比较适合构造形态规则且固定的物体 34 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 35 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 36 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 37 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 38 自平方分形 二次迭代方程 Z2n 1 Z2n c 39 随机位移模型 应用模拟海岸线和山体等地貌 40 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 41 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 FF RF F LF F 42 L 系统 43 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 44 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 45 基于粒子系统的造型 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 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 46 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 47 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 48 基于物理的造型 质点弹簧模型 49 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 50 计算机动画关键技术 造型 modeling 建模动画控制 animating 动画效果设置渲染 rendering 渲染 51 关键帧动画技术 定义软件操作者设置关键帧动画 由计算机自动插值生成中间画 得到动画效果 52 关键帧动画技术 53 关键帧动画技术 54 计算机动画关键技术 造型 modeling