汪老师课件1概述

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1、研究生课程 图形与多媒体技术,讲授：汪 国 平，陈 毅 松 北京大学图形与交互技术实验室,2019/6/21,课程要求,1、了解本学科的应用背景及其关键内容。 2、掌握有关图形与图像、视频与音频以及多媒体通信等的基本概念和方法。 3、有在相关领域继续深入学习的能力，本课程应提供相关线索。 4、具有一定的实践能力。,2019/6/21,为什么要开这门课,学科融合 图形，图像和视觉计算的交叉融合，学科之间相互影响 以前多媒体侧重于视音频，图形知识相对不足 研究生课时有限，强调知识点，指明要点和背景，提供索引,2019/6/21,课程目录 （共10次课） 三维计算机图形学部分 （5次课）,三维图形学

2、概要,图形变换、投影与绘制流程 光栅图形学 外形设计的基础理论：参数曲线，Bezier曲线，B样条，NURBS 颜色与纹理 绘制加速技术，光照明模型基础，真实感绘制,2019/6/21,教学要求,熟悉图形系统的框架及其涉及的软件、硬件技术； 掌握外形设计的基本问题、基本概念、方法与算法； 对课程相关的应用及当前的研究热点有一个初步认识； 要求一定的编程实现。,2019/6/21,本课程内容的一个重要特征,计算机应用学科中发展最快、应用最广的学科之一 以硬件设备发展为基础，以应用需求为巨大驱动力，相互促进相互影响 以应用带动学科的发展（具有生命力的特征）,2019/6/21,本课程内容要点背景,

3、突出共性 强调个性 学时数的限制，掌握基础知识，熟悉知识要点，建立知识索引，了解学科发展史，熟悉前沿研究热点，培养专业兴趣 就业领域的选择：两个“凡是”：凡是与应用需求联系密切的学科发展能够持久，凡是与人们的消费和娱乐联系密切的行业发展能够持久。 生活朝着“享受型”发展,2019/6/21,CAD与游戏动画,CAD 侧重在精确表示，能不能做出来？ 游戏动画 侧重在真实感效果的表现，是否逼真？ 交互工具 简单易用，提高表现力和真实感,2019/6/21,CAD,机械零件形状复杂、精度要求高 造型的准确性，刻划的宽广性，手段的多样性，性能的强壮性,2019/6/21,三维CAD系统举例,草图设计

4、2D到3D，参数化设计， 特征设计（曲面，实体）特征参数，工艺与几何的结合 装配设计 大量零部件的复杂装配关系，顺序，关联，支持零部件的修改 钣金设计 复杂外形设计与制造流程 公差分析 加工公差参数，可制造性 3Dscan,2019/6/21,CAD应用典范,从1990年10月开始启动波音777设计 首次实现了“无纸设计”。整个设计、生产、试飞周期共4年半，耗资50亿美元，整个波音 777客机有24万多个零部件, 几何模型多达5亿个面片。 波音777第一架飞机装配时，机身蒙皮与隔框贴合良好，铆接时不再需要用垫片来消除缝隙。机身对接中，从机头到机尾的63米长度内，机身轴线的准直误差只有0.6毫米

5、，即小于阳光照射机身时所产生的热胀变形，真正做到了技术上一次成功，生产规模一步到位,2019/6/21,boeing777,2019/6/21,昆仑发动机 An-70,2019/6/21,2019/6/21,Modeling&rendering,2019/6/21,纹理映射,2019/6/21,bumptexture,2019/6/21,纹理,2019/6/21,纹理,2019/6/21,动画,2019/6/21,光照模型(1),2019/6/21,光照模型(2),2019/6/21,光照模型,2019/6/21,Xfrog3.0 生成的挪威云杉,2019/6/21,日本Yoshinori D

6、obashi等人绘制的真实感云（Siggraph2000）,2019/6/21,照片级真实感的追求，没有止境 非真实感的绘制方式,2019/6/21,Salisbury绘制的熊（Siggraph97）,2019/6/21,Oliver Deussen绘制的素描树（Siggraph2000）,2019/6/21,No-realistic graphics,2019/6/21,No-realistic graphics,2019/6/21,Salisbury绘制的茶壶（Siggraph97）,2019/6/21,交互工具，交互范式,2019/6/21,2019/6/21,三维鼠标,2019/6/2

7、1,2019/6/21,VR,2019/6/21,相关学术会议,ACM SIGGRAPH会议“the Special Interest Group on Computer Graphics and Interactive Techniques” 60年代中期，由Brown 大学的教授Andries van Dam (Andy) 和IBM公司的Sam Matsa发起。1974年，在Colorado大学召开了第一届SIGGRAPH 年会，并取得了巨大的成功 ACM Solid and Physical Modeling Euograph Pacific graphics GMP SIAM Geom

8、etric Design and Computing Shape modeling Chinagraph International Conf. CAD/CG Game Conference ,2019/6/21,1998年，美国斯坦福大学计算机系Marc Levoy等人专门在意大利对文艺复兴时代的雕刻大师米开朗基罗的众多艺术品进行扫描。 庞大的扫描数据点云，例如，David像有20亿个多边形和7000张彩色图象，总共需要72G的磁盘容量。 开拓基于点的造型技术新的研究方向，每年一次的学术会议和大量的数字几何处理论文。,2019/6/21,Marc Levoy （Siggraph2000）,2

9、019/6/21,游戏系统,专用软件：3Dsmax，maya（一套Maya Unlimited的授权报价接近7万元） RenderMan LightWave Flash Painter softImage USAnimation Photoshop (图像处理) 引擎：OGRE 开源 标准与规范,2019/6/21,CAD系统,美国AutoDesk公司AutoCAD CAXA MDS 美国IBM和法国Dassault公司CATIA和SolidWorks Siemens公司UG、ParaSolid和SolidEdge 美国PTC公司Pro/Engineer 美国AutoDesk公司Invento

10、r 美国SDRC公司 IDEAS 以色列的Cimatron GEMS,PUM ACIS，ParaSolid 标准与规范,2019/6/21,计算机图形学与游戏动画的关系,底层技术大量地采用了计算机图形学的理论和算法 动画游戏侧重在丰富表达，方便易用、造型灵活 外形设计侧重在精确表达，操作精确、造型高效 图形学的发展基于CAD应用驱动，动漫游戏的促进 与动漫游戏的关系越来越密切 需要适应越来越复杂的外形设计 需要适应越来越逼真的场景效果 需要适应实时的三维处理效果,2019/6/21,图形学研究内容和方法,modeling + Rendering via I/O modeling : 构造实体（

11、2D, 3D）； rendering: 使3D物体看起来更象； 各种输入输出（图形）设备 客观和主观实体的计算机表示 真实的， 虚拟的， 主要目标：更逼真的表达、更快捷的方法、 更方便的交互 也是外形设计与游戏动画的研究内容和目标,2019/6/21,图形与图象,两个概念间的区别越来越模糊 区别： 图象纯指计算机内以位图(Bitmap)形式存在的灰度信息 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 更详细的介绍见数字图像部分。,2019/6/21,Graphics与Image的对比,g,r,a,p,h,i,c,s,i,m,a,g,e,2019/6

12、/21,Graphics 与 Image 的关系,rendering (image synthesis),graphics model,digital image,image analysis (recognition),Image processing,modeling,假想的或概念上的景物,image digitizing (image capturing),现实的景物,可视的图象,playback (reconstruction),计算或测量得到的大量数据,Visualization in Scientific Computing (VISC),2019/6/21,与虚拟现实的关系,复杂

13、场景对象的模拟和仿真 高级复杂的游戏与虚拟现实的界限越来越模糊 一些虚拟现实应用场景越来越使用游戏技术 虚拟现实技术大量地采用了游戏表现手法和技术,2019/6/21,与图形硬件的关系,越来越依赖于图形硬件的发展 应用前景大大推动了硬件技术和系统的发展 图形显卡，交互设备 图形系统,2019/6/21,软件发展,专用图形系统：效率高，但系统开发量大，可移植性差。 扩充计算机语言，如Turbo C，AutoLisp等。 不可移植。 通用的、与设备无关的图形包，图形标准。 GKS (Graphics Kernel System) PHIGS(Programmers Herarchical Iute

14、ractive Graphics system) OpenGL(SGI), DirectX (MS), X-Window系统，Adobe公司Postscript。,2019/6/21,我国现状：,发展迅速，图形算法水平高，硬件采用国外最新元器件。 应用有差距，商品化软件产品国际竞争力低。 不全是技术问题，市场占有率低。 游戏、CAD. 人才缺乏。,2019/6/21,相关学科：,CAGD（计算几何？） 逼近论（计算数学） 代数与几何 图象处理 计算机视觉和模式识别,2019/6/21,CAGD （Computer Aided Geometric Design）,几何形体在计算机中的表示，分析、

15、研究怎样灵活方便地建立几何形体的数学模型，提高算法效率，在计算机内更好地存储和管理这些模型等。研究曲线、曲面的表示、生成、拼接、数据拟合。,2019/6/21,图象处理,研究如何对一幅连续图像取样、量化以产生数字图像， 如何对数字图像做各种变换以方便处理， 如何滤去图像中的无用噪声， 如何压缩图像数据以便存储和传输，图像边缘提取，特征增强和提取。,2019/6/21,计算机视觉和模式识别,图形学的逆过程，分析和识别输入的图像并从中提取二维或三维的数据模型（特征）。手写体识别、机器视觉。,2019/6/21,教学参考书,倪明田等，计算机图形学，北京大学出版社，1999。 孙家广，计算机图形学（第三版），清华大学出版社，1999 唐荣锡等，计算机图形学教程，1991年，科学出版社（有新版教程）,2019/6/21,考试方式,笔试 联系方式： 汪国平 , 62751781-801,