南京大学：《计算机图形学》课程教学资源（PPT课件讲稿）计算机图形学引言（主讲：路通）

吸安剩南京大学计算机科学与技术系课程 《计算机图形学》 计算机图形学引言 路通博士、教授 Department of Computer Science and echnology

计算机图形学引言 路 通 博士、教授 Department of Computer Science and Technology 南京大学计算机科学与技术系课程 《计算机图形学》

、计算机图形学简介

一、计算机图形学简介

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动作捕捉 模型渲染 真假融合 1个老虎的镜头需要几周时 间调整细 60多种海水效果耗时1周 到3个月不等

动作捕捉 模型渲染 真假融合 1个老虎的镜头需要几周时 间调整细节 60多种海水效果,耗时1周 到3个月不等

MOTION CAPTURE 从逐帧到捕捉 1915年的“ Rotoscope”:画家直接照着 放映动画一帧一帧画。 1985年,Sun-1工作站用17个小时算出通 过4个摄像机跟踪的8个点的三维运动轨 迹,整个动作时长仅3秒。光学跟踪使 用至今。 1993年, Stan Winston工作室和工业光 魔(ⅢLM)联手,通过机械动作捕捉来 创造首批cG数字恐龙。 194年, Motion Analysis公司首次提出 “面部捕捉”( Facial Capture)这一概 念 2007年开始无标记的面部身体捕捉

从逐帧到捕捉 • 1915年的“Rotoscope”：画家直接照着 放映动画一帧一帧画。 • 1985年，Sun-1工作站用17个小时算出通 过4个摄像机跟踪的8个点的三维运动轨 迹，整个动作时长仅3秒。光学跟踪使 用至今。 • 1993年，Stan Winston工作室和工业光 魔（ILM）联手，通过机械动作捕捉来 创造首批CG数字恐龙。 • 1994年，Motion Analysis 公司首次提出 “面部捕捉”（Facial Capture）这一概 念。 • 2007年开始无标记的面部身体捕捉

从捕捉到动画的产生 用多个摄像机同时拍摄多个角度 ·利用100微米距离扫描得到非常精确的面部高低数据。形成3D 模型。匹配不同位置图片中的像素,并得到连续帧的像素运动 轨迹,也可以手工建模后将表情轨迹定位到模型上。 ·根据照片绘制皮肤,还可以专门为头发、眼睛、牙齿这些元素 专门制作精细的绘制算法。配合起来并加入照明效果的计算获 得精致画面

从捕捉到动画的产生 • 用多个摄像机同时拍摄多个角度 • 利用100微米距离扫描得到非常精确的面部高低数据。形成3D 模型。匹配不同位置图片中的像素，并得到连续帧的像素运动 轨迹，也可以手工建模后将表情轨迹定位到模型上。 • 根据照片绘制皮肤，还可以专门为头发、眼睛、牙齿这些元素 专门制作精细的绘制算法。配合起来并加入照明效果的计算获 得精致画面

真实和虚拟的融合 (《本杰明巴顿奇事》) 根据实拍,创建每一帧场景 的照明数据,替身带着蓝色 的头套进行表演。 皮特的表演用来生成头部和 表情动画(3D模型)并替换 实拍场景中的头部。 (《碟中谍4》) ●隐形幕布:根据人眼位 置显示正确的场景

真实和虚拟的融合 （《本杰明·巴顿奇事》） • 根据实拍，创建每一帧场景 的照明数据，替身带着蓝色 的头套进行表演。 • 皮特的表演用来生成头部和 表情动画（3D模型）并替换 实拍场景中的头部。 （《碟中谍4》） ⚫ 隐形幕布：根据人眼位 置显示正确的场景

图形图像科学 图形图像是人类相互交流和认识客观世界的主要媒体,图形图像是现代信息化 社会的重要支柱。 视党系统帮助人类从外界获取3/4以上的信息; 视觉信息所获得的客观作用是其它信息不能替代的。 图形图像科学是理论与现代高科技相结合、系统研究各种视觉原理、技术和应 用的综合性很强的交叉学科。 人类基于视觉的活动是一个广阔、复杂和富有挑战性的研究领域,图形图 像科学和技术是这个领域有力的工具。 图形图像学科具有涉及面广,内容丰富,跨行业、跨学科特点 研究方法:与数学、物理学、生理学、心理学、电子学等许多学科可以相 互借鉴; 研究范围:与人工智能、神经网络、遗传算法、模糊逻辑等理论和技术都 有密切关系; 发展应用:与医学、遥感、通讯、影视和工业自动化等许多领域不可分割 的。 科学史上,它代表着最活跃和令人振奋的边缘学科之一

图形图像科学 • 图形图像是人类相互交流和认识客观世界的主要媒体,图形图像是现代信息化 社会的重要支柱。 – 视觉系统帮助人类从外界获取3/4以上的信息； – 视觉信息所获得的客观作用是其它信息不能替代的。 • 图形图像科学是理论与现代高科技相结合、系统研究各种视觉原理、技术和应 用的综合性很强的交叉学科。 – 人类基于视觉的活动是一个广阔、复杂和富有挑战性的研究领域，图形图 像科学和技术是这个领域有力的工具。 • 图形图像学科具有涉及面广，内容丰富，跨行业、跨学科特点 – 研究方法：与数学、物理学、生理学、心理学、电子学等许多学科可以相 互借鉴； – 研究范围：与人工智能、神经网络、遗传算法、模糊逻辑等理论和技术都 有密切关系； – 发展应用：与医学、遥感、通讯、影视和工业自动化等许多领域不可分割 的。 – 科学史上，它代表着最活跃和令人振奋的边缘学科之一

图形学的地位与作用 图形图像是社会生活和工业领域传递信息的最主要媒体 人类的知识和信息有80%来自于视觉, 俗话说:“百闻不如一见”、“一幅画胜于千句话” 图形学是信息技术中不可缺少的重要内容和发展基石 例:人机界面的发展 读卡机及控制面板上的开关、指示灯 键盘和字符终端 wMP为特征的图形用户界面GUI 基于键盘、鼠标等输入设备+光栅显示器 →用户“临境”和“沉浸”感觉的三维虚拟现实环境。 反映了计算机技术从初始到高级的发展过程; 体现了计算机图形学在计算机软硬件发展过程中的推动作用和发展历程。 图形学应用已渗透到社会生活和工业生产的几乎一切领域,并与这些领域 自身发展相互推动、互相促进

图形学的地位与作用 • 图形图像是社会生活和工业领域传递信息的最主要媒体。 – 人类的知识和信息有80%来自于视觉， • 俗话说：“百闻不如一见”、“一幅画胜于千句话” 。 • 图形学是信息技术中不可缺少的重要内容和发展基石。 – 例：人机界面的发展 • 读卡机及控制面板上的开关、指示灯 → 键盘和字符终端 → WIMP为特征的图形用户界面GUI 基于键盘、鼠标等输入设备＋光栅显示器 → 用户“临境”和“沉浸”感觉的三维虚拟现实环境。 – 反映了计算机技术从初始到高级的发展过程； – 体现了计算机图形学在计算机软硬件发展过程中的推动作用和发展历程。 • 图形学应用已渗透到社会生活和工业生产的几乎一切领域，并与这些领域 自身发展相互推动、互相促进

图形学学科总览 (计算几何 团园 模型变换 物体建模、逆型动画、多爆体」客观世界 图象查询、分类 (对象模型) 计算机)形 型/计算机 图形学/生 模型生成 视 真实感图形 1机器视觉 设备环境 (图形显示) 场景模拟 图像交换 虚拟观实图形用户界面 图象处理、效杲增强 图像处理

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