计算机动画关键技术综述.

计算机动画关键技术综述汇报人：XXX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建模赋材质和贴图•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加灯光与摄像机加灯光与摄像机动画效果设置•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场景渲染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特征表示法特征表示法•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CSG构造实体几何法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边界表示法边界表示法•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空间分割法空间分割法•八叉树表示法空间分割法•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90º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几何造型技术总结比较适合构造形态规则且固定的物体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)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-系统自平方分形二次迭代方程：Z2n+1=Z2n+c随机位移模型•应用模拟海岸线和山体等地貌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]FL-系统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。基于物理的造型质点弹簧模型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，得到动画效果关键帧动画技术关键帧动画技术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)渲染渲染•扫描线算法•光线跟踪算法•辐射度算法•...光线跟踪算法•目标确定每一个像素点的颜色值•原理光线跟踪算法的跟踪方向与光传播的方向是相反的，而是视线跟踪光线跟踪算法光线跟踪算法