CG概论11-三维CG的基本概念和方法PPT课件.ppt

1、Animation School of CUC1三维CG的基本概念和方法三维图形处理的基本步骤：建模渲染动画图形硬件流水线可编程图形硬件流水线可编程顶点处理器可编程片段处理器2整 体 概 述THE FIRST PART OF THE OVERALL OVERVIEW, P L E A S E S U M M A R I Z E T H E C O N T E N T第一部分Animation School of CUC3三维建模广义建模的流程建立三维形体模型美化材质贴图场景设计灯光摄象机Animation School of CUC4建立三维形体建模方法分类：参数化建模网格建模曲面建模自动建模

2、过程化（程序化）建模基于隐函数的建模L-System（一片复合型树叶的生长 ）、分形、Perlin Noise等手绘草图方式建模Animation School of CUC5网格建模（多边形建模） 函数功能：该函数画一个由直线相闻的两个以上顶点组成的多边形，用当前画笔画多边形轮廓，用当前画刷和多边形填充模式填充多边形。 备注：此多边形通过画一条从最后一个顶点到第一个顶点的线段而自动闭合起来。函数Polygon不使用和改变当前位置。Animation School of CUC6网格建模（多边形建模）历史最悠久的，也是应用最广泛的建模方法几何图形都是由被称为“面”的许多相互连接的小三角形组成每

3、个“面”有不同的尺寸和方向通过排列这些面，可以用简单图形建立起非常复杂的三维模型多边形模型还可以很容易地制作成动画通过改变面的尺寸和方向，便可以制成弯曲，扭转等从而可以产生简单或复杂的动画，如变形等模型细节的原则也很明了，给定位置内的面数越多所表现的细节也就越多，通过增加更多的细节，会使模型更加具体化Animation School of CUC7网格建模（多边形建模）如图所示：两个茶壶两种不同的方式表现出来的差异，同时要注意，模型对象的这种差异，在与你的距离增加的时候，这种差异会逐渐缩小Animation School of CUC8网格建模（多边形建模）多边形模型的构造实质是一系列节点的连

4、接“闭合”多边形模型的概念多数事物都能用多边形方式建模通过使用足够的细节，你可以创建任何表面有些模型，更适合于用多边形方法建立，例如建筑模型许多物体都有角，如窗，墙，门等，因而用多边形建模最合适Animation School of CUC9网格建模（多边形建模）但多边形也有它的不足当表现细节过多时，随着面数的增加，三维软件的性能也会显著下降，在今后制作中，你会发现为每件事物创建过多的细节常常是不必要的即使不用额外的细节，仍有许多捷径可用来设计好的场景伴随着细节问题出现的是编辑过多的细节模型的能力问题在多边形模型中由于在细小的区域中存在大量的面一个很小的变化需要很多的修改Animation S

5、chool of CUC10曲面建模曲面建模不是通过多边形构造，而是利用边界定义的换句话说通过控制网格决定的横穿面片的是栅格的一系列相交点，栅格的位置定义曲面的曲率面片内部由曲面方程决定，例如贝塞尔曲面，曲面内部区域更平滑尽管不使用面片编辑修改器不能编辑控制点但控制点可以让你看到构造面片的方式是相当简单的Animation School of CUC11曲面建模曲面建模几乎可以用于任何场合但曲面建模还是有些不能和多边形建模相比的地方曲面建模最终设计比较复杂例如你建立一个盒子模型，将它拷贝下来，然后将盒子转化成多边形网格，及另一个NURBS表面，你会吃惊的发现，多边形网格只有8个面，NURBS曲

6、面则使用34个面除此之外，你可能会发现很难创建直角的NURBS曲面大部分的NURBS模型需要有弯曲部分这就是说，尽管一个模型看起来有直角，近距离看就会发现实际上在边的周围是光滑的Animation School of CUC12曲面建模 NURBS的发展始于1950年代，它是由需要象在车体和船壳中使用的自由曲面的数学上的精确表示的工程师们所发现的 在1960年代，最初NURBS仅用于汽车公司私有的计算机辅助设计包。后来它们成为标准计算机图形包的一部分。 1989年实现了NURBS曲线和曲面的实时、交互绘制。 在1993年，CAS Berlin（一个和柏林工大合作的小创业公司）开发了第一个个人机

7、上的交互式NURBS建模器 Animation School of CUC13自动建模基于高层参数的人体建模例如基于身高、肩宽、腿长等参数数学方法为基于统计的方法Animation School of CUC14过程化（程序化）建模Animation School of CUC15手绘草图方式建模TeddySmooth TeddyAnimation School of CUC16模型美化材质何谓材质？Anisotropic Blinn Metal Multi-Layer Oren-Bayar-Blinn Phong Strauss Animation School of CUC17模型美化贴图

8、何谓贴图？Animation School of CUC18渲染真实感渲染扫描线光线跟踪辐射度光子追踪等非真实感渲染卡通渲染水彩渲染油画渲染Animation School of CUC19渲染卡通渲染来自于影片“Rendez-Rendez-”vous vous Animation School of CUC20动画关键帧动画骨骼动画基于物理的动画Animation School of CUC21关键帧动画关键帧的概念来源于传统的卡通片制作在早期Walt Disney的制作室中，熟练的动画师负责设计卡通片中的关键画面，即所谓的关键帧，然后由助理动画师设计中间帧在三维计算机动画中，中间帧的生成由

9、计算机来完成，插值代替了设计中间帧的动画师所有影响画面图像的参数都可成为关键帧的参数，如位置、旋转角、纹理的参数等关键帧技术是计算机动画中最基本并且运用最广泛的方法另外一种动画设计方法是样条驱动动画，在这种方法中，用户采用交互方式指定物体运动的轨迹样条几乎所有的动画软件都提供这两种基本的动画设计方法Animation School of CUC22图形硬件流水线流水线是一系列可并行的按固定顺序执行的阶段每个阶段从它的前一阶段接收输入，把输出发给下一阶段图形硬件流水线的四个阶段Animation School of CUC23可编程图形硬件流水线Animation School of CUC24

10、动作捕捉在游戏中的应用Animation School of CUC25大牌明星纷纷参与游戏动作捕捉游戏作为一项集大成的娱乐方式，明星参与游戏制作并不新鲜其中，以动作巨星成龙为原型的游戏就有许多：成龙踢馆、成龙特技王、铁拳、成龙大冒险 等游戏游戏大量运用了动作捕捉技术，使得游戏角色举手投足都活脱脱的成龙味甄子丹参与鬼武者3动作捕捉工作游戏的主角由金城武和法国著名男星让雷诺共同担任李连杰参与制作了2002年公布的荣誉之战游戏他担任该游戏主角的动作捕捉模特及配音布兰妮参与游戏布兰妮热舞 这是一款于2002年5月推出的舞蹈游戏 Animation School of CUC26甄子丹参与的鬼武者3A

11、nimation School of CUC272005年剑侠情缘网络版2剑网2游戏的突出特色是“真人动作捕捉，重现正宗功夫”动作体验和微操战斗是剑网2的灵魂以下摘自剑网2的宣传语：丰富的武功招数，数百种的武功连击组合，使武侠网游进入真正的微操PK，让玩家体验到仗剑行走江湖路的侠客生活震撼的动作表现，绚丽的武功特效光影，真实表现武器的刀光剑影，切身感受到正宗中华武侠功夫，体历英雄回肠荡气的侠情岁月Animation School of CUC282006年征服1.6版本在游戏中玩家能习得绝世武功凌波微步，踏浪而行，飞檐走壁不再是梦想！为了实现游戏中的角色丰富多彩的动作，公司不惜出资百万专程从美

12、国买来了一台动作捕捉器，并请来了几位中国武术专家（甚至包括南少林的传人）亲自指导并表演每一个武打动作同时，表现在武功招式方面，游戏中许多玩家交流之间的动作也是非常丰富的当高兴时，你会看到你的人物在欢呼、在跳跃、在大笑在悲伤时，你会看到你的人物在哭泣、在跺脚、在发脾气、甚至会拿出一个大锤头打过来 Animation School of CUC29超级舞者 Animation School of CUC30街舞小子是一款以街舞文化为题材的另类游戏，玩家的目标是成为世界最著名的街舞高手，本作共有800多种通过动作捕捉技术制作的舞步Animation School of CUC31角色动作设计与动作类

13、型表情和动作是人类情绪、愿望的重要表达形式近年来游戏中不断强化动画能力并逐步提高到电影级真实的程度力图营造更真实更自然的游戏体验现代游戏对动作提出了非常细致的要求特别是角色扮演、射击游戏、动作冒险游戏、体育竞技游戏反恐精英的角色至少能完成200多种动作，玩家的参与感很强一个简单的跑就需要设计出每个动作的作用，如加速跑、跑攻击、翻滚、加速跑后跳、加速跑后蹲、加速跑后攻击Animation School of CUC32角色动作设计与动作类型从四年前的无人永生2到去年的孤岛惊魂角色动作越来越复杂越来越绚丽游戏中甚至还加入了许多生活情趣的成分看表、搔头、钓鱼、耸肩膀、打哈欠、看昆虫、按摩脖子虚拟人物

14、对现实角色的模仿程度越来越高玩家在游戏中获得互动性的自由程度就越来越高从而为游戏增加了更多的娱乐性Animation School of CUC33关节动画与骨骼动画人体运动主要是由关节带动的准确完成人体动画的关键步骤是对各主要关节设置运动轨迹比如夹角，位移等等通过改变不同部分之间的相对位置，就可以实现所需要的各种动画效果大量游戏采用了基于关键帧技术的正向和逆向运动学比如波斯王子，借鉴传统的二维动画，并采用了rotoscoping技术使得游戏角色的动作极其真实自然Animation School of CUC34关节动画与骨骼动画越来越多的游戏采用动作捕捉技术来增加游戏的真实性象FIFA系列、

15、NBA系列，Unreal系列，格斗系列、胜利十一人系列等既能做到真实流畅又简单省时，提高了制作的质量和效率胜利十一人和FIFA系列还专门请了一些球星大量运用动作捕捉和特有工具制作选手和观众的真实动作如球员的运球、颠球、传球、头球、倒钩、射门、庆祝、懊悔、谩骂进球之后的选手们的奔跑、示意称赞，观众的动作等等甚至不同球员的特有踢球姿势等各有不同形成极为真实流畅自然的足球比赛Animation School of CUC35骨骼蒙皮动画骨骼皮肤动画可以看作是关节动画和单一网格模型动画的结合由于皮肤系统的引入，皮肤不再是一个“硬梆梆的”网格，而是“有弹力的、能拉伸的”在骨骼皮肤动画中，通过在动画序列中

16、相邻的两个关键帧间插值可以确定某一时刻各个骨骼的新位置和新朝向然后按照皮肤网格各个顶点中保存的影响它的骨骼索引和相应权重信息可以计算出该顶点的新位置这样就实现了在骨骼驱动下的单一皮肤网格变形动画或者简单地说骨骼蒙皮动画骨骼蒙皮动画的效果比关节动画和单一网格动画更逼真，更生动Animation School of CUC36动作捕捉的原理到目前为止，常用的动作捕捉技术从原理上说可分为机械式、声学式、电磁式和光学式同时，不依赖于专用传感器，而直接识别人体特征的动作捕捉技术也将很快走向实用Animation School of CUC37动作捕捉的后续处理完善和整理修改捕捉的数据，使之可以精确反映表

17、演运动，并精确重建运动数据复用捕捉的运动数据只是对某一事件精确的记录，如果我们希望复用这些数据，而只有一些细微的不同，如不同的角色或不同的动作，那么，就必须编辑数据 建立不可能的运动由于数据记录的是真实世界中肢体的运动，如果制作不可能的动作则需要对其做一些修改Animation School of CUC38动作捕捉的后续处理真实性的不完整真实的运动并不是完美的。例如，表演者身上marker的位置不正确、反复运动并不是循环的，经常需要编辑捕捉数据使其满足某些标准。同时，必须对定制的动画进行调整，消除人为迹象，以便在时间和空间上与计算机生成的环境精确匹配，或者克服动作捕捉工作室的空间约束等等改变

18、意图在动画制作过程中可能对原来的设想做出改变次要运动动作数据仅仅表示角色骨架总的运动，这时，还必须使用不同的工具，将角色服装或软组织运动等这些次要的运动添加进去Animation School of CUC39动作捕捉数据编辑操作现有运动编辑技术大体可分为三类操作：一元操作涉及的动作只有一个，目的是修改动作的特性，如运动滤波、运动变形二元操作涉及的动作为两个，目的是建立一个更长的动画，如运动串接多元操作涉及两个或更多的动作，混合不同的动作风格或特性，如运动混合Animation School of CUC40运动重定向技术为了能够重用动作捕捉数据，动画师常常要对动作数据进行调整，以适合不同的角

19、色比如将一个角色的动作重新赋予另外一个角色，或者转换到不同的环境中，以补偿几何形状的变化一种是考虑把一个角色的动画赋给另一个具有相同关节结构但具有不同关节长度的角色，并保持原有动画的质量另一种是考虑动力学因素在内的运动重定向方法，并且提出了把某一角色的运动映射到另一个完全不同关节结构的运动重定向方法，这使运动捕捉数据的重用性得到了进一步加强41提问与解答环节Questions and answers42结束语 CONCLUSION感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边，来自于您的声音是对我们最大的鼓励和帮助，大家在填写评估表的同时，也预祝各位步步高升，真心期待着再次相会！ 43感谢观看The user can demonstrate on a projector or computer, or print the presentation and make it into a film