计算机图形学 计算机动画

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。

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。

计算机图形学测试简答题复习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和图像的处理技术，借助于编程或动画制作软件生成一系列的景物画面，其中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: 三维图形和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、图象处理、计算机视觉这三者之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）。

目前新兴研究的小波变换在时域和频域中都具有良好的局部化特性，它在图像处理中也有着广泛而有效的使用。

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下进行。

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目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中噪声影响。

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。

计算机动画制作计算机动画制作：技术、应用与未来发展随着计算机技术的不断进步，计算机动画制作已经成为一个全球性的创意产业。

从迪士尼的动画电影到虚拟现实游戏，计算机动画制作技术已经深入到影视、游戏、广告和教育等多个领域。

本文将介绍计算机动画制作的基础知识、应用场景以及未来发展趋势。

一、计算机动画制作基础知识计算机动画制作是基于计算机图形学的技术，通过创建、编辑和渲染二维或三维图像来生成动态视觉效果。

它包括关键帧动画、骨骼动画、物理模拟动画等多种技术。

1、关键帧动画：根据动画的需求，事先设定好关键帧，然后在计算机上自动计算出中间帧，从而生成动画。

2、骨骼动画：将动画角色分解为一系列骨骼，通过改变骨骼的姿态和位置来控制角色的动作。

3、物理模拟动画：通过模拟物体的物理属性，如重力、摩擦等，来生成更加真实的动画效果。

二、计算机动画制作应用场景1、影视制作：计算机动画制作技术在电影、电视剧和广告等领域得到了广泛应用。

例如，《阿凡达》等3D电影中逼真的场景和特效就是计算机动画制作技术的杰出成果。

2、游戏开发：游戏中的角色、场景和特效等都需要计算机动画制作技术来实现。

例如，在《王者荣耀》中，英雄的动作和特效都是通过计算机动画制作技术实现的。

3、虚拟现实：虚拟现实技术需要计算机动画制作技术来创建逼真的三维环境和动态效果，从而实现沉浸式的体验。

4、教育领域：计算机动画制作技术也被广泛应用于教育领域，例如在科学、数学和工程等学科的教学中，可以使用计算机动画来模拟实验和复杂的过程。

三、计算机动画制作未来发展随着计算机技术和创意的不断进步，计算机动画制作技术也将迎来更多的创新和发展。

未来，计算机动画制作将更加注重真实感和逼真感，通过更先进的物理模拟技术和人工智能技术，可以创建出更加逼真的动画效果。

此外，随着虚拟现实和增强现实技术的普及，计算机动画制作也将更多地应用于这些领域，为人们提供更加沉浸式的体验。

四、结论计算机动画制作技术已经深入到各个领域，为人们提供了丰富多彩的视觉体验。

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以下是由编辑为大家整理的“2023年计算机类好就业的十类专业”，选择一个好的专业对自己的未来职业是很重要的，谢谢大家的阅读。

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核心课程：组网技术与网络管理、网络操作系统、网络数据库、网页制作、计算机网络与应用、网络通信技术、网络应用软件、JAVA 编程基础、服务器配置与调试、网络硬件的配置与调试、计算机网络软件实训等，以及各校的主要特色课程和实践环节。

就业方向：本专业面向各企事业单位计算机网络应用技术岗位群，能进行计算机操作维护，计算机局域网的设计、安装、调试；计算机网络通信产品的系统集成；广域网的管理、维护；网络管理信息系统的设计、开发及应用、网站设计与开发等工作。

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二、软件技术专业培养目标：培养掌握数据库的应用技术，具备计算机软件编程、测试、系统支持等方面技能的高级技术应用性专门人才。

核心课程：汇编语言、软件工程与项目管理、计算机网络与应用、数据库原理与应用、数据结构、实用操作系统技术、多媒体制作技术、软件测试技术、网页制作技术、JAVA程序设计、C语言程序设计、汇编语言程序设计实训、数据库应用程序设计实训、软件测试技术实训等，以及各校的主要特色课程和实践环节。

就业方向：软件技术专业学生经过专业学习，具备较强的软件分析、设计、开发和应用能力，毕业后可成为从事系统分析、软件设计、软件管理及教学科研工作的高级人才，可以满足军事、安全、税务、证券、政府机关、电子商务、银行、金融、中外企业等部门急需的计算机人才。

计算机图形学中国农业大学赵明zhaoming@《计算机图形学》是计算机、地理信息系统、应用数学、机械、建筑等专业本科教学中的一门重要的专业基础课如图像处理，模式识别，多媒体技术，计算机视觉等的基础在CAD/CAM、计算机动画、系统环境模拟、地理信息系统、计算机艺术、真实感图形显示、科学计算的可视化、3D打印等领域都有重要的应用课程主要内容及目的面向本科生开设《计算机图形学》课程，旨在介绍计算机图形学的基本概念、理论、方法和系统使学生了解计算机图形学的发展，掌握图形学的基本原理、算法和实现技术。

学会基本的图形软件开发技术，为进一步学习后续课程打下良好的基础课程主要内容1、图形学基本知识•光栅图形学-扫描转换、区域填充、裁减、反走样、消隐•二维、三维图形变换及观察2、几何造型-参数曲线曲面基本概念、Bezier曲线曲面、B样条曲线等3、真实感图形学-颜色模型、简单光照模型、纹理映射、光线跟踪孙家广、胡事民，计算机图形学基础教程，清华出版社胡事民、刘永进等，计算机图形学（OpenGL版），清华出版社陆枫、何云峰，计算机图形学基础，电子出版社参考书籍• ACM Transaction on Graphics• IEEE Computer Graphics and Application • IEEE Visualization and Computer Graphics • Graphics and Image Processing• Proceedings of SIGGRAPH课程考核•课程成绩考核将根据几个方面进行综合评估：–听课与讨论表现：积极参加课堂讨论–上机作业情况：及时完成课程作业–基础理论考试：重点考核计算机图形学的概念和方法•有下列情况之一者成绩加分：–上机实习作业包含一些创新思想–课程学习阶段在国内外刊物或会议上发表计算机图形学及其应用方面论文者在网络时代没有绝对的老师，所有老师必须成为学生。

计算机图形学基础知识计算机图形学是研究如何利用计算机生成和处理图形的学科。

它涵盖了许多领域，如计算机图像处理、计算机辅助设计和虚拟现实等。

掌握计算机图形学的基础知识对于理解和应用这些领域至关重要。

本文将为您介绍计算机图形学的基础知识，并分步详细列出相关内容。

1. 图形学的基础概念- 图形：在计算机图形学中，图形指的是一系列点、线和曲面等的集合。

- 图像：图像是图形学的一种特殊形式，它是由像素组成的二维数组。

- 基本元素：计算机图形学中的基本元素包括点、线和曲面等。

它们是构成图形的基本构件。

2. 图像表示与处理- 位图图像：位图图像是由像素组成的二维数组，每个像素保存着图像的颜色信息。

- 矢量图形：矢量图形使用几何形状表示图像，可以无损地进行放缩和旋转等操作。

- 图像处理：图像处理包括图像的增强、滤波、压缩和分割等操作，用于改善和优化图像。

3. 坐标系统和变换- 坐标系统：坐标系统用于描述和定位图形。

常见的坐标系统有笛卡尔坐标系统和极坐标系统等。

- 变换：变换是指将图形在坐标系统中进行移动、缩放和旋转等操作。

4. 二维图形学- 线性插值：线性插值是计算机图形学中常用的插值方法，用于在两点之间生成平滑的曲线。

- Bézier曲线：Bézier曲线是一种常用的数学曲线模型，可以用于生成平滑的曲线。

- 图形填充：图形填充是指将图形的内部区域用颜色填充，常用的填充算法有扫描线填充算法和边界填充算法。

5. 三维图形学- 三维坐标系统：三维坐标系统用于描述和定位三维空间中的点、线和曲面等。

- 三维变换：三维变换包括平移、缩放、旋转和投影等操作，用于改变和调整三维图形。

- 计算机动画：计算机动画是利用计算机生成连续变化的图像序列，用于呈现逼真的动态效果。

总结：计算机图形学是研究利用计算机生成和处理图形的学科。

它涵盖了图像表示与处理、坐标系统和变换等基础知识。

在二维图形学中，线性插值和Bézier曲线是常用的技术，图形填充则可以实现对图形内部区域的着色。

计算机图形学在动画制作上的应用一、计算机图形学简介计算机图形学(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。

简单地说，计算机图形学的主要研究内容就是研究如何在计算机中表示图形、以及利用计算机进行图形的计算、处理和显示的相关原理与算法。

图形通常由点、线、面、体等几何元素和灰度、色彩、线型、线宽等非几何属性组成。

从处理技术上来看，图形主要分为两类，一类是基于线条信息表示的，如工程图、等高线地图、曲面的线框图等，另一类是明暗图，也就是通常所说的真实感图形。

计算机图形学一个主要的目的就是要利用计算机产生令人赏心悦目的真实感图形。

为此，必须建立图形所描述的场景的几何表示，再用某种光照模型，计算在假想的光源、纹理、材质属性下的光照明效果。

所以计算机图形学与另一门学科计算机辅助几何设计有着密切的关系。

事实上，图形学也把可以表示几何场景的曲线曲面造型技术和实体造型技术作为其主要的研究内容。

同时，真实感图形计算的结果是以数字图像的方式提供的，计算机图形学也就和图像处理有着密切的关系。

图形与图像两个概念间的区别越来越模糊，但还是有区别的：图像纯指计算机内以位图形式存在的灰度信息，而图形含有几何属性，或者说更强调场景的几何表示，是由场景的几何模型和景物的物理属性共同组成的。

计算机图形学的研究内容非常广泛，如图形硬件、图形标准、图形交互技术、光栅图形生成算法、曲线曲面造型、实体造型、真实感图形计算与显示算法、非真实感绘制，以及科学计算可视化、计算机动画、自然景物仿真、虚拟现实等。

二、二维动画1、定义二维动画指的是使用现在流行的制作网站动画的FLASH软件，直接在电脑上编辑制作，相对与传统的二维动画效果上稍差一些，但速度上会加快，如果对动画质量要求不太高的情况下使用FLASH来制作二维动画还是很经济实惠的。

2、《千与千寻》影评在以往影片中宫崎骏的情景设置只为了一个目的达到建构一种作者所想象的美丽空间，大多是森林，例如风之谷中的森林，普拉达的自然景观，龙猫居住的大树和乡村美景等。

数字媒体技术知识与技能
数字媒体技术是指由计算机和互联网技术构成的一系列用于处理、存储、传输和展示数字信息的技术。

数字媒体技术应用广泛，包括游
戏开发、动画制作、视频制作、音频处理、虚拟现实技术等。

以下是
数字媒体技术相关的知识和技能：
1.计算机图形学：基于计算机软硬件技术的图像处理技术，包括
二维图像处理、三维图像处理和计算机动画。

2.数字音频处理：基于计算机技术的音频处理技术，包括音频采集、音频剪辑、混音、特效处理等。

3.数字视频处理：基于计算机技术的视频处理技术，包括视频采集、剪辑、特效处理、色彩校正等。

4.网络技术：包括网络架构、互联网协议、服务器配置等。

5.编程技术：包括编程语言、编写代码、调试程序等。

6.虚拟现实技术：通过计算机技术和器材技术实现身临其境的虚
拟体验。

包括头戴式设备、操作手柄、追踪器、数据手套等相关技术。

以上是数字媒体技术相关的知识和技能，这些技术的逐渐应用使
得数字媒体技术的创意变得更加丰富。