计算机图形学的结课论文计算机图形学课程期末论文(2)
计算机图形学的结课论文篇二
试论计算机图形学在电影和动画中的应用
摘要：计算机制作电影动画，是计算机应用发展的重要分支，也是计算机图形学研究的重要课题。本文主要总结了计算机动画的分类和原理，分析了当前计算机动画现状及存在的问题，同时展示计算机图形学在电影和动画中的创新和应用。
关键字：计算机图形学 电影 动画 分类 原理 应用
1 引言
随着计算机应用技术的迅猛发展，促进了一系列相关学科的发展。计算机图形学便是其一。1963年，美国人伊凡・苏泽兰在麻省理工学院毕业论文课题是关于三维交互式图形系统，在此基础上发表了题目为《画板》的博士毕业论文，这篇毕业论文是计算机图形学里程碑的标志，它的发表标志着计算机图形学科正式诞生。计算机图形学它标志着计算机处理方式由处理符号系统转变为处理图形系统的方式，计算机图形学的出现，计算机处理方式可以部分地模拟现实图形和展现人的右脑功能，因此计算机图形学的理论和实践具有划时代的意义。
在计算机图形学发展和应用的过程中，最具震撼性和实用性的就是电影动画技术。电影动画为计算机图形学提供了新鲜的血液，打开了新视角，自然界的一切美丽景象都可以通过计算机生动形象地再现构造宏观、微观世界。
2 计算机图形处理电影动画的分类
计算机图形处理电影动画是计算机图形学和电影艺术相结合，并且相互促进的产物，计算机软硬件和图形图像算法高速发展促进了计算机图形学的突飞猛进。计算机电影动画技术将图形、图案和画面或者其中一部分显示在屏幕上，并且按照一定规律或预定的要求在屏幕上移动、变换，从而使计算机显示出图形动态变换过程。
电影动画是运动中的艺术，运动的画面是电影动画的表现形式，运动是电影动画的要素，运动的表现形式，才促使了二维和三维动画的发展。计算机动画以其制作方法和表现特征的两种表现形式就是二维电影动画和三维电影动画。
2.1 二维电影动画
传统的电影卡通动画，是大量的画片，每幅画片高速翻转以便实现是连续播放多帧画面，每幅画面表述的是运动物体的若干个瞬间的定格，利用观看者在大脑内残留的瞬间视觉感觉而得到运动的视觉感受。传统的电影卡通动画是先画出一头一尾两个关键帧图画，然后在两个关键帧中间插入一些列图画画从而生成中间一系列画。展现平面图形是计算机二维电影动画的一大特点，是对传统动画制作的继承和发展，制作时就像传统在纸上作画，通过计算机图形学复杂的算法将一些列计算机图画对象的移动、变形、变色等手法表现出传统电影动画运动的效果。
ANIMO是世界上最受欢迎的、使用最广的二维动画系统动画制作软件，它是英国Cambridge Animation公司核心产品。ANIMO向计算机图形设计者提供了灵活的颜色模板创建、修改调色板和调整颜色的工具，这些功能有助于二维电影动画前期制作和影片后期合成方面都有独到的技术特点。ANIMO虽然不是最专业的二维电影动画制作软件，但是它具有更大的灵活性，软件独有的内部环境能够将二维电影动画和三维电影动画完美的结合起来。
ANIMO经常用于二维电影动画和真实场景的结合，90年代篮球运动球星乔丹和华纳动画人物共同主演的《空中大灌篮》，它是将二维电影动画与三维电影动画真实场景完美结合的成功范例。ANIMO软件具有面向动画师设计的工作界面，在ANIOM软件制作电影动画的同时，需要一台高清扫描仪，底板动画图片上放在扫描仪内进行扫描，扫描后的画稿几乎保持了动画设计者原始动画图片的线条，ANIMO软件的快速上色工具提供了给图画自动上色和自动线条封闭功能，并和软件的颜色模型编辑器集成在一起，软件提供了不受数目限制的颜色数量和调色板种类。三维电影动画中的阴影和灯光效果是最难转化为二维电影动画的，ANIMO却可以将这些难点完美的结合在一起，具有多种特技效果处理效果，包括动画的灯光效果、物体阴影变换、图片背景的模糊处理、拍摄的摄像机镜头的移动、波纹起伏波浪震动的效果展现等等，并可与二维电影动画、三维电影动画和实拍镜头进行合成处理。它所提供的可视化场景图画可以让动画设计师在软件内只用几个简单的操作步骤就可完成比较复杂的动画制作，提高了计算机二维电影动画制作的工作效率和速度。
2.2 三维电影动画
三维电影动画则是展示立体的图形，三维电影动画的制作过程就好像是在摄影棚中拍电影的景象：三维图像影像制作首先是在布置摄像对象所处的位置、动画制作者规定其运动轨迹、并按照这个运动轨迹进行拍摄、各种灯光效果被制作者安排的妥当，摄影机可以布置在特定位置上或者也可根据拍摄内容设定摄影机的推拉摇移摆动，最后利用计算机用图形算法计算出这个摄影机所见到的动态图像效果。
三维电影动画制作首先要创建物体模型结构，其次是让这些物体在空间内动起来，如变化图形、变化颜色、移动位置、旋转物体等制作手段。再通过打灯光等特效生成栩栩如生的画面。计算机三维电影动画数据是在计算机内部自动生成的。
MAYA是美国Autodesk公司出品的世界顶级的三维电影动画制作软件，MAYA软件功能完善，工作灵活，易学易用，制作效率极高，渲染真实感极强，是电影级别顶尖的制作软件。MAYA是电影动画前期制作软件，如果把这些三维电影动画有机的结合起来的话，就需要Houdini电影特效魔术师软件，该软件是 Side Effects Software公司的旗舰级产品，是创建高级电影动画视觉效果的有效工具，因为它有横跨公司、跨平台的整个产品线的能力，Houdini Master为那些想让三维电影动画更加精彩的动画制作家们提供了空前的能力和工作效率。
Houdini的流程比较适合喜欢计算机编程的人，它的架构非常清晰。MAYA的许多操作是在视图中进行，而Houdini用户更喜欢直接在节点网络(类似于MAYA的hupershade)进行所有操作。Houdini的动力学也很不错，粒子、体积和毛发方面是优势。Houdini自带的渲染器mantra比MAYA自带的软件渲染器要强。MAYA的渲染需要依赖于其他渲染器(mental ray，vray)，而Houdini完全可以用mantra完成渲染。这就意味着在做三维特效时，对象的许多属性都可以被渲染器调用(例如每粒子或每粒子替代的alpha)，流程上很顺畅。指环王中人物“甘道夫”放的那些“魔法礼花”还有“水马”冲垮“戒灵”的场面都是由Houdini软件制作的。
计算机图形学的结课论文篇三
浅谈计算机图形学实验教学
摘 要：《计算机图形学》是一门实践性较强的课程，实验课程是其不可缺少的教学环节。本文针对该课程实验教学现状的存在问题，从实验内容、实验的课堂教学活动和教学方法、考核方式等方面提出了改革措施。
关键词：计算机图形学;实验教学;教学改革
计算机图形学是研究通过计算机将数据转换为图形，并在专门显示设备上显示的原理、方法和技术的学科。从汽车的计算机辅助设计，到电视广告、游戏，无一不应用计算机图形生成技术。作为一门实践性非常强的课程，与之配套的实验教学环节显得尤为重要。
1 实验教学现状
由于计算机图形学是一门建立在多门学科之上的综合性交叉学科，要求学生先修“程序设计”、“数据结构”等课程，课程中的许多算法抽象，原理难懂，实践性强，学生在上课时看似听懂算法原理，但面对具体问题则难以编程实现，致使学生的学习积极性随着课程的推进而逐渐下降。传统的“理论为主，实验为辅”的教学模式，不仅使学生对于抽象的理论知识难以形成感性认识，还使学生无法将所学的原理和算法应用于实验，容易产生学习挫败感。
笔者认为该课程应理论与实验并重，在理论教学的基础上，应加强实验教学环节。针对上述问题，建议实验教学可从以下几个方面进行改进。
2 实验教学改革措施
2.1 合理设计实验内容
《计算机图形学》课程的理论内容包括基本图形生成、曲线和曲面、图形变换等。实验教学中可根据教学进度安排六个实验项目，分别是基本图形生成算法程序设计、线宽与线型处理算法程序设计、区域填充算法程序设计、二维图形裁剪算法程序设计、自由曲线绘制算法程序设计、二维图形的几何变换算法程序设计。
此外，为了让学生能够由浅入深地掌握教学内容，在实验课程中还安排辅导性实验和进阶选做项目，譬如，在实验课初始时安排熟悉使用VC中的MFC、OpenGL;在六个实验项目之后安排三维图形观察、变换算法、分形几何造型算法、自由曲面造型算法、真实感图形绘制算法程序设计等项目，作为学生分组团队选做项目。通过验证性实验和设计性实验相结合，提高学生应用图形学应用能力。
例如，在基本图形生成算法程序设计的DDA直线生成算法实验中，学生在了解了DDA直线生成的数学原理之后，新建一个Win32 Application的“Hello World”程序，工程命名为：DDA直线生成算法，打开DDA直线生成算法.cpp文件，加入如下代码：
2.2 科学设计课堂活动
计算机图形学实验课与大多数实验课类似，采用传统的教学模式：先由教师设计好实验的题目、内容和重点，然后学生上机编写、调试代码程序，同时教师辅导、答疑，最后学生撰写实验报告。该模式的弊端在于，由于大多数学校师生比不足，造成实验课上老师只能解答主动提问的学生的问题，而部分学生特别是学习主动性不足的学生则在机房上网或对实验任务无所适从，提不起兴趣。不少学生的实验报告也是敷衍了事，甚至互相抄袭，达不到课程的实践效果。
为了培养学生的动手能力，除了安排个人上机实验任务之外，教师还可以采用分组教学，团队合作的形式组织教学。在实验课上引入几个难度相近的实验项目，由学生自由分组，选题，完成实验内容。教师参与学生的分析与讨论，并适当给予修改意见。实验完成后各组展示实验结果，分组之间相互比较、评价，总结出同一问题的多种解决思路和算法。此外，在期末还可以安排学生分组完成综合性较强的设计性实验，要求设计出包含理论教学中有关算法原理的作品，并撰写实验报告和实验心得。分组教学不仅激发了学生的学习兴趣，让学生从被动接受知识变为主动获取知识，还增强了学生动手实践能力和理论联系实际的能力。
2.3 改进教学方法
目前，实验课教学主要采用多媒体教学，实验课在计算机实验室进行。教师课前应收集或制作相关的教学资源，将抽象的算法原理与实际应用相结合，通过直观的或动态的演示向学生介绍算法原理。例如，可以用Flash动画演示二维图形的变换，三维图形的变换过程可以投影用3D MAX软件来演示。同时，还可以采用让学生上讲台讲课的方式开展教学。把讲台留给学生，让学生备好课，以学生的角度介绍实验内容，展示自己的实验成果等，最后由老师进行补充或更正。这种教学方式一改老师完全主导实验课堂的局面，充分调动了学生的学习积极性，让学生善于思考，敢于创新，实验课不再是老师对学生的单向交流的枯燥教学活动。
2.4 改革实验考核方法
以往的计算机图形学课程成绩采用理论卷面考核成绩为主、上机实践成绩为辅的考核方式。在强化实验教学环节之后，为避免学生死记硬背算法原理，考完即忘，可将考核方式改为理论考试成绩与实验成绩并重，即课程成绩除了包含理论课的卷面成绩之外，还包括实验成绩。实验成绩由个人独立实验部分和团队分组实验部分组成。个人独立实验部分要求完成图形学基本算法的程序设计。教师根据学生的实验完成情况给分。团队分组实验部分提供有一定难度的选做项目。团队分组实验部分的成绩，由教师评分和各组学生代表评审小组的评分组成。
3 结束语
本文针对传统的计算机图形学实验教学模式中存在的不足，提出了改进实验教学的教学组织模式和教学方法，以课内理论知识为基础，加强实验实践环节，发挥学生的学习主观能动性，培养学生的动手实践能力和创新能力，最终能够运用所学算法理论分析问题和解决问题。
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