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计算机图形学基础 第10章 计算机图形学应用 本章主要内容 10.1 计算机动画 10.2 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） 10.3 虚拟现实与计算机仿真 10.4 科学计算可视化 10.5 计算机动画实例——陨石撞飞机 10.2 计算机辅助设计与制造（CAD/CAM） CAD/CAM系统的组成 CAD/CAM研究热点 国内外CAD/CAM软件比较 10.3 虚拟现实与计算机仿真 基本概念 虚拟现实 计算机仿真技术 三维计算机图形学 三者之间关系 国内外研究机构 虚拟现实(VR)平台 10.4　科学计算可视化 什么是科学计算可视化(Visualization in Scientific Computing) 研究如何把科学数据转换成可视的、能帮助科学工作者理解的信息的计算方法，是把计算机图形学与图象处理技术应用于计算科学的综合学科。 可视化的研究内容 可视化过程： 数据预处理、映射、绘制和显示 使用Java程序可以在Web上查看国家图书馆的“医学可视化人类” 杀人犯Joseph Paul Jernigan，1993，切为1800多幅解剖图片，（节省丧葬费） 辅助教学与研究 华中科技大学，李元杰，数字物理作品 气象预报 地质勘探 …… 10.5 二维简单游戏设计 “陨石撞飞机” 主要控件与功能函数 位图Bitmap类的应用 键盘响应（消息WM_KEYDOWN）处理函数 定时器 二维图形，不需要使用OpenGL图形库。 添加爆炸效果 可参考粒子模型 本章小结 计算机图形学应用领域广泛，对其研究方兴未艾，特别是三维计算机图形学。 什么是三维计算机图形学？ 计算机动画 CAD/CAM 计算机仿真与虚拟现实 科学计算可视化 二维游戏实例 科学计算可视化应用领域 科学计算可视化应用领域 气象预报 卫星云图 参见第10章实例“plane” 参见第10章实例“fire” * * 10.1.1 计算机动画的起源与发展 60年代: 二维计算机辅助动画系统 ( MSGEN系统(加拿大), CAAS系统(美国)） 70年代: 三维图形与动画的基本技术的开发; 一小批领导三维动画与图像的公司的出现; 一些三维可明暗着色的系统的完成; 80年代: 优化70年代出现的模型和阴影技术; 多伦多大学(过程技术) 俄亥俄洲立大学(人物分级动画与逆向运动学) 蒙特利尔大学(人物动画与嘴唇同步) 东京大学(气泡表面模型技术) 出现较成熟动画制作软件： Alias Animator(加拿大), Softimage(美国) Wavefront(美国), Explore/TDImage(法) 90年代: 动力学仿真技术、三维仿真演员系统 自主动画(面向目标的动画) 《谁陷害了兔子罗杰？》 10.1.2计算机动画的应用 动画片制作、广告特技 教学演示 训练模拟、作战演习 产品模拟试验 医学诊断 电子游戏 其他…… 10.1.3 计算机动画的过程与分类 计算机动画划分为三个步骤： 　1. 造型 　2. 运动控制 　3. 绘制  分类： l????? 从动画速度 分为逐帧动画与实时动画。 l??　从动画对象 　从动画对象的角度，从总体上将计算机动画分为图形动画和图 　象动画 l??　从动画方法 　主要有关键帧方法、弹性体动画、人体动画和关节动画、过程动画 10.1.4 计算机动画的中的运动控制方法 关键帧动画法 1、关键帧中物体要素之间的对应问题。 　2、对应要素之间的插值方法。 代数动画法（造型动画法 ） 具体可以分为运动学模型、动力学模型和逆向模型。 运动学模型 　　　通过直接给出物体的运动速度或运动轨迹，来控制物体的运动规律。 物体的刚体运动可以用下式表示： 　　其中矩阵[lij]是局部坐标系相对于世界坐标系的旋转矩阵，它决定了 物体在时刻t的方向；向量{xm(t),ym(t),zm(t)}是时刻t局部坐标系的原点相对 于世界坐标系的坐标，即相对平移量。 动力学模型——即根据物体的物理属性及其所受外力情况对物体 各部分进行受力分析，再由牛顿第二定理或相应的物理定律得出物 体根部分得加速度，以控制物体得运动。 刚体动力学模型 弹性体动力学模型 Terzopoulos于87年提出的根据物体的变形产生的应力来控制物 体的运动。 Miller的“Snake motion” 。 　　在布料动画方面，90年Aono通过假设布