图形图像处理在影视创作中的应用

华中师范大学武汉传媒学院毕业论文（设计）图形图像处理在影视创作中应用院系：传媒技术学院专业：影视艺术技术班级：B0901班姓名：彭醒学号：09405030109指导教师：孙佩娟2013年4月20日图形图像处理在影视创作中的应用GraphicandImageProcessingintheApplicationoftheFilmandTelevisionCreationI摘要本文利用分析与综合方法、比较与分类方法和系统论等方法，研究了图形图像处理技术及其在影视中的综合应用，尤其是计算机动画与影视的结合方面，比如对于CG技术在影视中的一些应用案例的分析。另外本文也对时下热门的虚拟现实技术有所探讨。作者试图通过研究计算机图形学、数字图像处理、影视创作相关的专业书籍材料,加深对图形图像处理技术的认识和掌握。这将更有助于我们利用图形图像处理技术来创作影视作品，提高技能水平和质量。关键词：图形图像处理影视创作计算机动画虚拟现实技术IIAbstractByusingtheanalysisandsynthesismethods,conparisonandclassificationmethods,andsystemtheorymethods,inthisthesis,westudiedthegraphicandimageprocessingtechmologyandit’scomprehensiveapplicationinfilmandtelevision,especiallyintheareaofcombinitionofthecomputeranimationandfilms,suchassomecases’analysisofCGtechnology‘sapplicationinfilmandtelevision.Inaddition,thisthesisalsodiscussedaboutthepopularvirtualrealitytechnology.Theauthortriedtostudymaterialssuchascomputergraphics,digitalimageprocessing,filmandtelevisioncreationrelevantprofessionalbooksandsoon,tobetterunderstandandmastergraphicandimageprocessingtechnologytoproducethefilmandtelevisionworksandimprovethelevelofskillsandquality.Keywords:GraphicandImageProcessingFilmandTelevisionCreationComputerAnimationVirtualRealityIII目录摘要………………………………………………………………………………………ⅠAbstract…………………………………………………………………………………Ⅱ绪论………………………………………………………………………………………11图形图像处理基本概念…………………………………………………………………21.1基本概念………………………………………………………………………………21.2研究对象………………………………………………………………………………22图形图像处理系统………………………………………………………………………32.1系统结构与分类………………………………………………………………………32.2设备分类及工作原理…………………………………………………………………42.3软件标准化……………………………………………………………………………43图形图像处理技术……………………………………………………………………63.1图形生成与几何模型构造……………………………………………………………63.2图形图像的显示，操作与处理………………………………………………………64图形图像处理在影视创作中的应用…………………………………………………74.1计算机动画技术………………………………………………………………………74.2虚拟现实技术………………………………………………………………………12结论………………………………………………………………………………………14参考文献…………………………………………………………………………………15致谢………………………………………………………………………………………16-1-绪论图形图像处理技术在广义上是与图形、图像有关的技术的总称，目前的研究主要在于计算机图形学和数字图像处理两大方面。自20世纪40年代起研制出世界上第一台电子计算机以来，新的计算机及输出图形的软、硬件产品相继被研制出来。20世纪70年代中期，出现了基于电视技术的光栅图形扫描器，使得计算机图形生成技术和电视技术相衔接，图形处理和图像处理相互渗透。20世纪80年代以后，GKS（GraphicsKernelSystem）核心系统等几个著名的大型计算机图形系统相继问世。20世纪90年代，伴随第二代CAAD软件——三维建筑模型软件的诞生，虚拟设计作为一个新的研究领域发展起来。进入21世纪，多媒体技术、虚拟现实技术及可视化仿真技术作为现代图形学的热点问题得到很大发展，不仅对计算机行业起到推动作用，而且也带给了影视行业新的发展，取得了明显的经济效益和社会效益。从20世纪60年代中后期我国才开始研究图形图像处理技术，多年以来，已卓有成效，在影视作品中的应用也越来越多。如2006年由环球数码制作了中国第一部3D动画电影《魔比斯环》，于2011年7月又上映了《兔侠传奇》，在国内首次采用了三维毛发技术、人脸捕捉技术及动作捕捉技术这3大技术。3D大片，如《画皮2》《十二生肖》《龙门飞甲》等都取得了可观的经济效益，也带动图形图像处理技术在国内的巨大发展。正是在这样的背景下，本文试图将图形学和图像处理结合起来，通过对图形图像处理技术理论的学习和对图形图像处理在影视创作中的应用的分析，尤其是对于CG在影视中的应用的分析，希望能深入对图形图像处理技术本身的认识和掌握，更好地利用图形图像处理技术来创作影视作品，提高创作技艺水平和质量。-2-1图形图像处理基本概念1.1基本概念图形图像处理技术在广义上是与图形、图像有关的技术的总称，目前的研究主要在于计算机图形学和数字图像处理两大方面。计算机图像学(ComputerGraphics,CG)是研究通过计算机将数据转换为图形、图像，所生成的图形、图像可以显示在屏幕上，硬拷贝输出或作为数据集中存放在计算机中的科学。而图像处理（ImageProcessing）是将辐射信息经过电子扫描量化后送入计算机，由计算机“把量化后的数据依次转换成平面上浓淡不同或色彩各异的点阵图像，并对图像进行增强、去噪、复原、分割、重建、编码、存储、压缩、恢复、传输等不同的处理。”[1]随着硬件和软件技术的高速发展，许多计算机相关学科交叉越来越多，在此将两者结合起来研究图形图像处理技术及其在影视创作方面的应用。1.2研究对象图形图像处理研究的对象具体说来是二维或三维空间信息，按灰度分可分为二值图和多灰度图；按色彩分类可分为单色图和彩色图；按运动可分为静态图和动态图；按时空分布可分为二维图和三维图。另外，“按图像的光源分布是连续的还是离散的，可划分为连续色调图像和数字图像。按数字图像处理对象和处理方式不同，可划分为矢量图像和位图图像”[2]由文献[3]可知一般包括：（1）图形。图形是图像的一种抽象，它反映图像的几何特征，例如点、线、面等。（2）视频。视频是一组图像在时间轴上的有序排列，是二维图像在一维时间域上构成的有序图像。（3）动图。动图属于动态图像的一种。它与视频的区别在于视频的采集来源于真实的自然图像，而动图则是利用计算机产生出来的图像或图形，是合成动态图像。（4）符号与文字。符号包括各种描述量、数据、语言等，是用特定值表示的，如ASCII码，中文国标码等。而文本媒体由具有上下文关系的字符串组成，与文字结构有关的符号媒体形式。-3-2图形图像处理系统2.1系统结构与分类图形图像处理系统综合了图形处理系统和数字图像处理系统，以下对系统工作平台，系统框架和设备做简要介绍。2.1.1工作平台系统硬件平台包括微机平台，工作站平台，中、小型计算机平台，大型机平台和计算机网络平台，其中个人计算机系统和工作站系统是比较常用的。而工作站有“基于RISC(ReducedInstructionSetComputing,精简指令)硬件的UNIX系统工作站和基于CISC(ComplexInstructionSetComputing,复杂指令)Intel芯片的WindowsPC工作站。”[5]2.1.2系统结构图像处理设备终端输出图像存储输入图像存储图像采集及数字化设备程序库图2-1数字图像处理系统的构成[5]系统分为硬件和软件两个部分，具有采集、输入、显示、计算、存储、输出、交互等功能。硬件分为图像数字化设备，处理设备，显示设备和存储设备，包括主机，输入设备和输出设备以及I/O交互工具；软件包括应用软件，图形软件，数据库，高级语言和操作系统。-4-2.2设备分类及工作原理输入设备具体包括键盘，鼠标，光笔，数字化仪，图形输入板，操纵杆，跟踪球，触摸屏，图形扫描仪，照相机，摄像机，图像数字化器等设备。输出设备包括图形显示器，绘图仪，打印机等。以下重点介绍下摄像机与显示器分类与工作原理。2.2.1摄像机摄像机分摄像管摄像机和CCD摄像机。以彩色电视摄像机为例，它由摄像机头、视频信号处理部件、编码器、同步机和彩条信号发生器组成。“摄像机机头包括摄像机的光学系统、光电转换系统及其附属电路。被摄景物的影像通过光学镜头（一般为变焦距镜头）摄取，通过中性滤光片（为得到适宜的光通量）和色温滤光片（将不同的照明光源的色温转换为摄像机所要求的色温）后进入分光棱镜，被分解为三个原色光像，分别投射到相应的摄像管或CCD的成像靶面，由摄像管或CCD将其转换成符合一定扫描标准的随时间而变化的电信号。然后三路微弱的电信号经各自预放器放大，再送到视频信号处理电路进行加工与处理，最后被送入编码器，编织成一定电视制式的彩色电视信号。”[6]2.2.2显示器计算机图形显示器一般可分为阴极射线管显示器、液晶显示器、等离子显示器三大类。阴极射线管显示器（CathodeRayTube,CRT）又分为穿透式彩色CRT显示器和荫罩式彩色CRT显示器，具体有随机扫描显示器、存储管式显示器和光栅扫描显示器。而液晶显示器（LiquidCaystalDisplay,LCD）分为TN型液晶显示器和TFT液晶显示器。2.3软件标准化在影视制作方面，图形图像处理软件大体可以分为平面类（如Photoshop）、三维类（如3DStudioMax,Maya,Houdini,Lightscape,RenderMan等）、多媒体类（AfterEffects,DigitalFusion,Premiere等）、网络类（如Flash）和编程类（如OpenGL,VRML等）。为了提高计算机图形图像处理软件及应用软件和相关的编程人员在不同计算机和图形设备之间的可移植性，美国国家标准化协会（ANSI）早在1974年就提出了计算机图形处理的标准化。-5-计算机图形标准化即“图形图像系统及其相关的应用系统中各界面之间进行数据传输和通信的接口标准，以及供图形应用程序调用的子程序功能及其格式标准”[7]其中CGM和CGI是面向图形设备的接口标准；GKS、GKS-3D、PHIGS、GL等是面向图形应用软件的标准；IGES和STEP是面向图形应用系统中工程和产品数据模型及其文件格式的标准。2.3.1GKS图形核心系统（GraphicalKernelSystem,GKS）是德国标准化协会（DIN）制定的图形软件，被ISO接受的国际图形标准，是种综合性的通用图形系统。GKS提供了各