計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的結(jié)課論文計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程期末論文(2)
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的結(jié)課論文篇二
試論計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在電影和動(dòng)畫(huà)中的應(yīng)用
摘要：計(jì)算機(jī)制作電影動(dòng)畫(huà)，是計(jì)算機(jī)應(yīng)用發(fā)展的重要分支，也是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的重要課題。本文主要總結(jié)了計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的分類(lèi)和原理，分析了當(dāng)前計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題，同時(shí)展示計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在電影和動(dòng)畫(huà)中的創(chuàng)新和應(yīng)用。
關(guān)鍵字：計(jì)算機(jī)圖形學(xué) 電影 動(dòng)畫(huà) 分類(lèi) 原理 應(yīng)用
1 引言
隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的迅猛發(fā)展，促進(jìn)了一系列相關(guān)學(xué)科的發(fā)展。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)便是其一。1963年，美國(guó)人伊凡・蘇澤蘭在麻省理工學(xué)院畢業(yè)論文課題是關(guān)于三維交互式圖形系統(tǒng)，在此基礎(chǔ)上發(fā)表了題目為《畫(huà)板》的博士畢業(yè)論文，這篇畢業(yè)論文是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)里程碑的標(biāo)志，它的發(fā)表標(biāo)志著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)科正式誕生。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)它標(biāo)志著計(jì)算機(jī)處理方式由處理符號(hào)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)樘幚韴D形系統(tǒng)的方式，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)處理方式可以部分地模擬現(xiàn)實(shí)圖形和展現(xiàn)人的右腦功能，因此計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的理論和實(shí)踐具有劃時(shí)代的意義。
在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展和應(yīng)用的過(guò)程中，最具震撼性和實(shí)用性的就是電影動(dòng)畫(huà)技術(shù)。電影動(dòng)畫(huà)為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)提供了新鮮的血液，打開(kāi)了新視角，自然界的一切美麗景象都可以通過(guò)計(jì)算機(jī)生動(dòng)形象地再現(xiàn)構(gòu)造宏觀、微觀世界。
2 計(jì)算機(jī)圖形處理電影動(dòng)畫(huà)的分類(lèi)
計(jì)算機(jī)圖形處理電影動(dòng)畫(huà)是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和電影藝術(shù)相結(jié)合，并且相互促進(jìn)的產(chǎn)物，計(jì)算機(jī)軟硬件和圖形圖像算法高速發(fā)展促進(jìn)了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的突飛猛進(jìn)。計(jì)算機(jī)電影動(dòng)畫(huà)技術(shù)將圖形、圖案和畫(huà)面或者其中一部分顯示在屏幕上，并且按照一定規(guī)律或預(yù)定的要求在屏幕上移動(dòng)、變換，從而使計(jì)算機(jī)顯示出圖形動(dòng)態(tài)變換過(guò)程。
電影動(dòng)畫(huà)是運(yùn)動(dòng)中的藝術(shù)，運(yùn)動(dòng)的畫(huà)面是電影動(dòng)畫(huà)的表現(xiàn)形式，運(yùn)動(dòng)是電影動(dòng)畫(huà)的要素，運(yùn)動(dòng)的表現(xiàn)形式，才促使了二維和三維動(dòng)畫(huà)的發(fā)展。計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)以其制作方法和表現(xiàn)特征的兩種表現(xiàn)形式就是二維電影動(dòng)畫(huà)和三維電影動(dòng)畫(huà)。
2.1 二維電影動(dòng)畫(huà)
傳統(tǒng)的電影卡通動(dòng)畫(huà)，是大量的畫(huà)片，每幅畫(huà)片高速翻轉(zhuǎn)以便實(shí)現(xiàn)是連續(xù)播放多幀畫(huà)面，每幅畫(huà)面表述的是運(yùn)動(dòng)物體的若干個(gè)瞬間的定格，利用觀看者在大腦內(nèi)殘留的瞬間視覺(jué)感覺(jué)而得到運(yùn)動(dòng)的視覺(jué)感受。傳統(tǒng)的電影卡通動(dòng)畫(huà)是先畫(huà)出一頭一尾兩個(gè)關(guān)鍵幀圖畫(huà)，然后在兩個(gè)關(guān)鍵幀中間插入一些列圖畫(huà)畫(huà)從而生成中間一系列畫(huà)。展現(xiàn)平面圖形是計(jì)算機(jī)二維電影動(dòng)畫(huà)的一大特點(diǎn)，是對(duì)傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà)制作的繼承和發(fā)展，制作時(shí)就像傳統(tǒng)在紙上作畫(huà)，通過(guò)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)復(fù)雜的算法將一些列計(jì)算機(jī)圖畫(huà)對(duì)象的移動(dòng)、變形、變色等手法表現(xiàn)出傳統(tǒng)電影動(dòng)畫(huà)運(yùn)動(dòng)的效果。
ANIMO是世界上最受歡迎的、使用最廣的二維動(dòng)畫(huà)系統(tǒng)動(dòng)畫(huà)制作軟件，它是英國(guó)Cambridge Animation公司核心產(chǎn)品。ANIMO向計(jì)算機(jī)圖形設(shè)計(jì)者提供了靈活的顏色模板創(chuàng)建、修改調(diào)色板和調(diào)整顏色的工具，這些功能有助于二維電影動(dòng)畫(huà)前期制作和影片后期合成方面都有獨(dú)到的技術(shù)特點(diǎn)。ANIMO雖然不是最專(zhuān)業(yè)的二維電影動(dòng)畫(huà)制作軟件，但是它具有更大的靈活性，軟件獨(dú)有的內(nèi)部環(huán)境能夠?qū)⒍S電影動(dòng)畫(huà)和三維電影動(dòng)畫(huà)完美的結(jié)合起來(lái)。
ANIMO經(jīng)常用于二維電影動(dòng)畫(huà)和真實(shí)場(chǎng)景的結(jié)合，90年代籃球運(yùn)動(dòng)球星喬丹和華納動(dòng)畫(huà)人物共同主演的《空中大灌籃》，它是將二維電影動(dòng)畫(huà)與三維電影動(dòng)畫(huà)真實(shí)場(chǎng)景完美結(jié)合的成功范例。ANIMO軟件具有面向動(dòng)畫(huà)師設(shè)計(jì)的工作界面，在ANIOM軟件制作電影動(dòng)畫(huà)的同時(shí)，需要一臺(tái)高清掃描儀，底板動(dòng)畫(huà)圖片上放在掃描儀內(nèi)進(jìn)行掃描，掃描后的畫(huà)稿幾乎保持了動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)者原始動(dòng)畫(huà)圖片的線條，ANIMO軟件的快速上色工具提供了給圖畫(huà)自動(dòng)上色和自動(dòng)線條封閉功能，并和軟件的顏色模型編輯器集成在一起，軟件提供了不受數(shù)目限制的顏色數(shù)量和調(diào)色板種類(lèi)。三維電影動(dòng)畫(huà)中的陰影和燈光效果是最難轉(zhuǎn)化為二維電影動(dòng)畫(huà)的，ANIMO卻可以將這些難點(diǎn)完美的結(jié)合在一起，具有多種特技效果處理效果，包括動(dòng)畫(huà)的燈光效果、物體陰影變換、圖片背景的模糊處理、拍攝的攝像機(jī)鏡頭的移動(dòng)、波紋起伏波浪震動(dòng)的效果展現(xiàn)等等，并可與二維電影動(dòng)畫(huà)、三維電影動(dòng)畫(huà)和實(shí)拍鏡頭進(jìn)行合成處理。它所提供的可視化場(chǎng)景圖畫(huà)可以讓動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)師在軟件內(nèi)只用幾個(gè)簡(jiǎn)單的操作步驟就可完成比較復(fù)雜的動(dòng)畫(huà)制作，提高了計(jì)算機(jī)二維電影動(dòng)畫(huà)制作的工作效率和速度。
2.2 三維電影動(dòng)畫(huà)
三維電影動(dòng)畫(huà)則是展示立體的圖形，三維電影動(dòng)畫(huà)的制作過(guò)程就好像是在攝影棚中拍電影的景象：三維圖像影像制作首先是在布置攝像對(duì)象所處的位置、動(dòng)畫(huà)制作者規(guī)定其運(yùn)動(dòng)軌跡、并按照這個(gè)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行拍攝、各種燈光效果被制作者安排的妥當(dāng)，攝影機(jī)可以布置在特定位置上或者也可根據(jù)拍攝內(nèi)容設(shè)定攝影機(jī)的推拉搖移擺動(dòng)，最后利用計(jì)算機(jī)用圖形算法計(jì)算出這個(gè)攝影機(jī)所見(jiàn)到的動(dòng)態(tài)圖像效果。
三維電影動(dòng)畫(huà)制作首先要?jiǎng)?chuàng)建物體模型結(jié)構(gòu)，其次是讓這些物體在空間內(nèi)動(dòng)起來(lái)，如變化圖形、變化顏色、移動(dòng)位置、旋轉(zhuǎn)物體等制作手段。再通過(guò)打燈光等特效生成栩栩如生的畫(huà)面。計(jì)算機(jī)三維電影動(dòng)畫(huà)數(shù)據(jù)是在計(jì)算機(jī)內(nèi)部自動(dòng)生成的。
MAYA是美國(guó)Autodesk公司出品的世界頂級(jí)的三維電影動(dòng)畫(huà)制作軟件，MAYA軟件功能完善，工作靈活，易學(xué)易用，制作效率極高，渲染真實(shí)感極強(qiáng)，是電影級(jí)別頂尖的制作軟件。MAYA是電影動(dòng)畫(huà)前期制作軟件，如果把這些三維電影動(dòng)畫(huà)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)的話，就需要Houdini電影特效魔術(shù)師軟件，該軟件是 Side Effects Software公司的旗艦級(jí)產(chǎn)品，是創(chuàng)建高級(jí)電影動(dòng)畫(huà)視覺(jué)效果的有效工具，因?yàn)樗袡M跨公司、跨平臺(tái)的整個(gè)產(chǎn)品線的能力，Houdini Master為那些想讓三維電影動(dòng)畫(huà)更加精彩的動(dòng)畫(huà)制作家們提供了空前的能力和工作效率。
Houdini的流程比較適合喜歡計(jì)算機(jī)編程的人，它的架構(gòu)非常清晰。MAYA的許多操作是在視圖中進(jìn)行，而Houdini用戶更喜歡直接在節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(類(lèi)似于MAYA的hupershade)進(jìn)行所有操作。Houdini的動(dòng)力學(xué)也很不錯(cuò)，粒子、體積和毛發(fā)方面是優(yōu)勢(shì)。Houdini自帶的渲染器mantra比MAYA自帶的軟件渲染器要強(qiáng)。MAYA的渲染需要依賴(lài)于其他渲染器(mental ray，vray)，而Houdini完全可以用mantra完成渲染。這就意味著在做三維特效時(shí)，對(duì)象的許多屬性都可以被渲染器調(diào)用(例如每粒子或每粒子替代的alpha)，流程上很順暢。指環(huán)王中人物“甘道夫”放的那些“魔法禮花”還有“水馬”沖垮“戒靈”的場(chǎng)面都是由Houdini軟件制作的。
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的結(jié)課論文篇三
淺談?dòng)?jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)
摘 要：《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》是一門(mén)實(shí)踐性較強(qiáng)的課程，實(shí)驗(yàn)課程是其不可缺少的教學(xué)環(huán)節(jié)。本文針對(duì)該課程實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀的存在問(wèn)題，從實(shí)驗(yàn)內(nèi)容、實(shí)驗(yàn)的課堂教學(xué)活動(dòng)和教學(xué)方法、考核方式等方面提出了改革措施。
關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)圖形學(xué);實(shí)驗(yàn)教學(xué);教學(xué)改革
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是研究通過(guò)計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形，并在專(zhuān)門(mén)顯示設(shè)備上顯示的原理、方法和技術(shù)的學(xué)科。從汽車(chē)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，到電視廣告、游戲，無(wú)一不應(yīng)用計(jì)算機(jī)圖形生成技術(shù)。作為一門(mén)實(shí)踐性非常強(qiáng)的課程，與之配套的實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)顯得尤為重要。
1 實(shí)驗(yàn)教學(xué)現(xiàn)狀
由于計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是一門(mén)建立在多門(mén)學(xué)科之上的綜合性交叉學(xué)科，要求學(xué)生先修“程序設(shè)計(jì)”、“數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)”等課程，課程中的許多算法抽象，原理難懂，實(shí)踐性強(qiáng)，學(xué)生在上課時(shí)看似聽(tīng)懂算法原理，但面對(duì)具體問(wèn)題則難以編程實(shí)現(xiàn)，致使學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性隨著課程的推進(jìn)而逐漸下降。傳統(tǒng)的“理論為主，實(shí)驗(yàn)為輔”的教學(xué)模式，不僅使學(xué)生對(duì)于抽象的理論知識(shí)難以形成感性認(rèn)識(shí)，還使學(xué)生無(wú)法將所學(xué)的原理和算法應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)，容易產(chǎn)生學(xué)習(xí)挫敗感。
筆者認(rèn)為該課程應(yīng)理論與實(shí)驗(yàn)并重，在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上，應(yīng)加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)。針對(duì)上述問(wèn)題，建議實(shí)驗(yàn)教學(xué)可從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)。
2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)改革措施
2.1 合理設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
《計(jì)算機(jī)圖形學(xué)》課程的理論內(nèi)容包括基本圖形生成、曲線和曲面、圖形變換等。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中可根據(jù)教學(xué)進(jìn)度安排六個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，分別是基本圖形生成算法程序設(shè)計(jì)、線寬與線型處理算法程序設(shè)計(jì)、區(qū)域填充算法程序設(shè)計(jì)、二維圖形裁剪算法程序設(shè)計(jì)、自由曲線繪制算法程序設(shè)計(jì)、二維圖形的幾何變換算法程序設(shè)計(jì)。
此外，為了讓學(xué)生能夠由淺入深地掌握教學(xué)內(nèi)容，在實(shí)驗(yàn)課程中還安排輔導(dǎo)性實(shí)驗(yàn)和進(jìn)階選做項(xiàng)目，譬如，在實(shí)驗(yàn)課初始時(shí)安排熟悉使用VC中的MFC、OpenGL;在六個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目之后安排三維圖形觀察、變換算法、分形幾何造型算法、自由曲面造型算法、真實(shí)感圖形繪制算法程序設(shè)計(jì)等項(xiàng)目，作為學(xué)生分組團(tuán)隊(duì)選做項(xiàng)目。通過(guò)驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)相結(jié)合，提高學(xué)生應(yīng)用圖形學(xué)應(yīng)用能力。
例如，在基本圖形生成算法程序設(shè)計(jì)的DDA直線生成算法實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生在了解了DDA直線生成的數(shù)學(xué)原理之后，新建一個(gè)Win32 Application的“Hello World”程序，工程命名為：DDA直線生成算法，打開(kāi)DDA直線生成算法.cpp文件，加入如下代碼：
2.2 科學(xué)設(shè)計(jì)課堂活動(dòng)
計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)課與大多數(shù)實(shí)驗(yàn)課類(lèi)似，采用傳統(tǒng)的教學(xué)模式：先由教師設(shè)計(jì)好實(shí)驗(yàn)的題目、內(nèi)容和重點(diǎn)，然后學(xué)生上機(jī)編寫(xiě)、調(diào)試代碼程序，同時(shí)教師輔導(dǎo)、答疑，最后學(xué)生撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。該模式的弊端在于，由于大多數(shù)學(xué)校師生比不足，造成實(shí)驗(yàn)課上老師只能解答主動(dòng)提問(wèn)的學(xué)生的問(wèn)題，而部分學(xué)生特別是學(xué)習(xí)主動(dòng)性不足的學(xué)生則在機(jī)房上網(wǎng)或?qū)?shí)驗(yàn)任務(wù)無(wú)所適從，提不起興趣。不少學(xué)生的實(shí)驗(yàn)報(bào)告也是敷衍了事，甚至互相抄襲，達(dá)不到課程的實(shí)踐效果。
為了培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力，除了安排個(gè)人上機(jī)實(shí)驗(yàn)任務(wù)之外，教師還可以采用分組教學(xué)，團(tuán)隊(duì)合作的形式組織教學(xué)。在實(shí)驗(yàn)課上引入幾個(gè)難度相近的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，由學(xué)生自由分組，選題，完成實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。教師參與學(xué)生的分析與討論，并適當(dāng)給予修改意見(jiàn)。實(shí)驗(yàn)完成后各組展示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，分組之間相互比較、評(píng)價(jià)，總結(jié)出同一問(wèn)題的多種解決思路和算法。此外，在期末還可以安排學(xué)生分組完成綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，要求設(shè)計(jì)出包含理論教學(xué)中有關(guān)算法原理的作品，并撰寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告和實(shí)驗(yàn)心得。分組教學(xué)不僅激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生從被動(dòng)接受知識(shí)變?yōu)橹鲃?dòng)獲取知識(shí)，還增強(qiáng)了學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐能力和理論聯(lián)系實(shí)際的能力。
2.3 改進(jìn)教學(xué)方法
目前，實(shí)驗(yàn)課教學(xué)主要采用多媒體教學(xué)，實(shí)驗(yàn)課在計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。教師課前應(yīng)收集或制作相關(guān)的教學(xué)資源，將抽象的算法原理與實(shí)際應(yīng)用相結(jié)合，通過(guò)直觀的或動(dòng)態(tài)的演示向?qū)W生介紹算法原理。例如，可以用Flash動(dòng)畫(huà)演示二維圖形的變換，三維圖形的變換過(guò)程可以投影用3D MAX軟件來(lái)演示。同時(shí)，還可以采用讓學(xué)生上講臺(tái)講課的方式開(kāi)展教學(xué)。把講臺(tái)留給學(xué)生，讓學(xué)生備好課，以學(xué)生的角度介紹實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，展示自己的實(shí)驗(yàn)成果等，最后由老師進(jìn)行補(bǔ)充或更正。這種教學(xué)方式一改老師完全主導(dǎo)實(shí)驗(yàn)課堂的局面，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，讓學(xué)生善于思考，敢于創(chuàng)新，實(shí)驗(yàn)課不再是老師對(duì)學(xué)生的單向交流的枯燥教學(xué)活動(dòng)。
2.4 改革實(shí)驗(yàn)考核方法
以往的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)課程成績(jī)采用理論卷面考核成績(jī)?yōu)橹鳌⑸蠙C(jī)實(shí)踐成績(jī)?yōu)檩o的考核方式。在強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)之后，為避免學(xué)生死記硬背算法原理，考完即忘，可將考核方式改為理論考試成績(jī)與實(shí)驗(yàn)成績(jī)并重，即課程成績(jī)除了包含理論課的卷面成績(jī)之外，還包括實(shí)驗(yàn)成績(jī)。實(shí)驗(yàn)成績(jī)由個(gè)人獨(dú)立實(shí)驗(yàn)部分和團(tuán)隊(duì)分組實(shí)驗(yàn)部分組成。個(gè)人獨(dú)立實(shí)驗(yàn)部分要求完成圖形學(xué)基本算法的程序設(shè)計(jì)。教師根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)完成情況給分。團(tuán)隊(duì)分組實(shí)驗(yàn)部分提供有一定難度的選做項(xiàng)目。團(tuán)隊(duì)分組實(shí)驗(yàn)部分的成績(jī)，由教師評(píng)分和各組學(xué)生代表評(píng)審小組的評(píng)分組成。
3 結(jié)束語(yǔ)
本文針對(duì)傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式中存在的不足，提出了改進(jìn)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)組織模式和教學(xué)方法，以課內(nèi)理論知識(shí)為基礎(chǔ)，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐環(huán)節(jié)，發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，最終能夠運(yùn)用所學(xué)算法理論分析問(wèn)題和解決問(wèn)題。
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