计算机图形学课程-计算机动画

计算机动画所谓动画也就使一幅图像“活”起来的过程。

使用动画可以清楚的表现出一个事件的过程，或是展现一个活灵活现的画面。

动画是一门通过在连续多格的胶片上拍摄一系列单个画面，从而产生动态视觉的技术和艺术，这种视觉是通过将胶片以一定的数率放映体现出来的。

而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。

计算机动画分：二维动画和三维动画。

二维动画：平面上的画面。

纸张、照片或计算机屏幕显示，无论画面的立体感多强，终究是二维空间上模拟真实三维空间效果。

三维动画：画中的景物有正面、侧面和反面，调整三维空间的视点，能够看到不同的内容。

1.计算机动画的发展历史：随着计算机图形学的不断发展，计算机在动画制作过程中发挥的作用也越来越大，现今动画片的制作是很少能离开得计算机。

传统的动画采用连续画面技术，将一系列手工制作的单独画面拍摄在胶片上，以每秒24帧的速度播放，利用人的视觉暂留产生动作变化的效果，形成连续的动画。

计算机动画是借助计算机生成一系列动态实时演播的连续图像技术。

计算机动画的研究始于20世纪60年代初。

1963年美国A T&T Bell实验室制作了第一部计算机动画片。

在80年代之前，计算机动画主要集中于二维动画系统的研制，应用于教学演示和辅助传统的动画片制作。

三维动画的研究始于70年代初，当时开发了一些三维计算机动画系统。

直至80年代中后期，由于具有实时处理能力的超级图形工作站的出现，三维几何造型技术和真实感图形生成技术取得很大进展，促进了具有高度逼真效果的三维计算机动画技术迅速发展，并达到实用商品化地步。

到90年代初，计算机动画技术应用于电影特技取得了显著成就。

与此同时，为适应科学研究与复杂系统中的动态模拟、视觉模拟、机器人学和生物力学等领域的需求，基于物理的造型和动画的研究的开展，已成为计算机动画研究中的一个重要课题。

计算机动画基础知识计算机动画是指利用计算机技术制作动画的过程，包括建模、动画制作、灯光效果、材质贴图等技术。

计算机动画技术发展迅速，已广泛应用于影视制作、游戏开发、广告宣传等领域。

以下是计算机动画基础知识的介绍。

一、3D建模3D建模是计算机动画制作的基础。

在计算机中，我们把空间分为三维坐标系，即X轴、Y轴和Z轴。

3D建模就是利用这个坐标系来绘制三维图形。

常见的3D建模软件有3D Studio Max、Maya、Blender等。

建模的过程包括选择所需要的立体图形、构建虚拟的三维模型、调整模型的形状和比例，以及添加纹理等。

建模是一项艺术性和创造性极强的工作，需要艺术家或设计师具备较强的设计能力和审美能力。

二、动画制作动画制作是计算机动画制作的另一个重要环节。

动画制作旨在通过呈现一系列连续的图像（也称为“帧”）来创造一种连续的动态效果。

通常情况下，每秒钟播放的帧数为24帧。

动画制作的过程包括创建场景、拍摄镜头、添加角色及其动作、调整灯光效果和材质贴图等。

动画制作是一项高难度的工作，需要动画师具备丰富的经验和技能。

三、灯光效果灯光效果是决定计算机动画质量的一个重要因素。

有一个好的灯光效果可以使画面更加逼真、生动，反之则缺乏真实感。

灯光效果制作的过程包括选择灯光类型、调整灯光强度和颜色、确定灯光照射的位置和角度，以及调整阴影等。

四、材质贴图材质贴图是为了使计算机制作的图像看起来更加真实，常常会在图像表面贴上各种材料的外观贴图。

常见的材质包括木材、金属、纸张和布料等。

材质贴图制作的过程包括选择材质类型、粘贴材质贴图，以及调整贴图的大小和颜色等。

五、特效制作特效制作是计算机动画中特殊效果的制作，如爆炸、火焰、水面波纹等等。

这些特效可以让画面更加生动、逼真。

特效制作的过程包括选择特效类型、添加特效素材、调整特效参数、以及调整特效的时序等。

六、总结计算机动画制作需要多种技术的综合运用，包括三维建模、动画制作、灯光效果、材质贴图和特效制作等。

《计算机图形学》（Computer Graphics）教学大纲一、课程代码：03080251二、课程类型：必修课三、课程性质：专业基础课四、学分：3 课时：48(36理论+12实验)五、考核方式：考试六、先修课程：C程序设计，数据结构，高等数学，线性代数，计算机组成原理七、适用专业：计算机科学与技术专业八、课程教学目标：通过学习达到下列基本要求：1．掌握计算机图形学及图形系统的基本概念，了解图形外围设备的工作原理和特性，了解计算机图形标准的基本知识；2．掌握基本图元及常用曲线的生成算法；3．熟练掌握投影变换、图形变换、裁剪、填充等图形处理的常用算法；4．熟练掌握三维形体及常用曲面的表示方法，能够处理三维图形的消隐问题；5．熟练掌握一种语言的图形函数和图形程序的设计技能，具有开发以图形为主的软件设计基本能力。

九、说明：计算机图形学是一门复杂的综合性新兴学科，是建立在传统的图学理论，现代数学和计算机科学基础上的一门边缘性学科，是面向二十一世纪计算机学科的主科目。

通过本课程的学习使学生系统掌握计算机图形学的基本理论，基本算法；能正确评价、完善、编程实现所学的算法，具备创造更高效算法的意识；具有编写计算机图形应用软件的能力。

具备将图形学的研究思想运用到其它领域以解决相关问题的能力；初步具备在图形学领域进行研究的能力。

1、使用教材及参考资料教材选用：《计算机图形学基础教程》孙家广编著，清华大学出版社参考教材：《计算机图兴学》，孙家广编著，清华大学出社, 2002《计算机图形学》，张全伙张剑达编著，机械工业出版社《计算机图形学教程》，唐荣锡、汪嘉业等编著，科学出版社2005十、基本教学内容及课时分配：（一）教学内容：第一章：绪论【教学目的与要求】理解计算机图形学的基本思想。

掌握下列概念：图像、图形、计算机辅助设计与制造、可视化、图形显示和图形绘制。

了解计算机图形学的研究内容及发展简史、计算机图形学的应用和图形设备的基本原理。

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》课程教学大纲《计算机图形学》课程教学大纲一、课程概述《计算机图形学》是一门研究计算机生成和操作图形的学科。

本课程旨在让学生掌握计算机图形学的基本原理和技术，包括图形处理流程、几何变换、光照模型、纹理映射、曲线和曲面构造等。

通过本课程的学习，学生将了解计算机图形学在游戏开发、电影制作、虚拟现实等领域的应用，并为进一步深入相关领域的研究和工作打下基础。

二、课程目标1、掌握计算机图形学的基本原理和流程，了解图形处理单元（GPU）的工作方式。

2、熟悉常用图形库和开发工具，能够使用它们进行基本的图形编程。

3、学习并掌握常见图形算法和数据结构，如凸包、BSP树、八叉树等。

4、理解并掌握光照模型、纹理映射、曲线和曲面构造等基本技术。

5、了解计算机图形学在各个领域的应用，并能够根据实际需求进行简单的应用开发。

三、课程内容1、计算机图形学概述：介绍计算机图形学的定义、发展历程和应用领域。

2、基本图形生成：讲述如何使用数学表达式生成基本图形，如直线、圆、多边形等。

3、图形变换：介绍几何变换的基本原理和方法，包括平移、旋转、缩放等。

4、光照模型：介绍光照的基本原理和常见光照模型，如Phong模型、Blinn-Phong模型等。

5、纹理映射：讲述如何将图像映射到几何表面上，实现表面的纹理效果。

6、曲线和曲面构造：介绍曲线和曲面的基本概念和构造方法，如Bezier曲线、B样条曲线等。

7、图形算法与数据结构：学习凸包、BSP树、八叉树等常见图形算法和数据结构。

8、图形软件和工具：介绍常用图形软件和开发工具，如OpenGL、Unity、Maya等。

9、计算机图形学应用：探讨计算机图形学在游戏开发、电影制作、虚拟现实等领域的应用。

四、教学方法1、理论教学：通过课堂讲解，让学生掌握计算机图形学的基本原理和技术。

2、实践教学：让学生在计算机上实践操作，使用编程语言和图形软件实现各种图形效果。

3、案例分析：通过分析实际案例，让学生了解计算机图形学的应用场景和技术要求。

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。