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。