複雑系科学演習1 コンピュータグラフィックス

複雑系科学演習１
コンピュータグラフィックス
担当畔上秀幸
情報科学研究科複雑系科学専攻
授業のねらい
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コンピュータグラフィックス，CG(Computer
Graphics)とは何か，どんな仕掛けか，何に使え
るのかを理解するために，実際にプログラムを
作成してみる．
授業計画
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
(11)
(12)
(13)
(14)
4月 7日
4月14日
4月21日
4月28日
5月12日
5月19日
5月26日
6月 9日
6月16日
6月23日
6月30日
7月 7日
7月14日
7月21日
ガイダンス，コンピュータグラフィックスとは何か
CGの仕掛けを知る，色の表現を知る
3次元形状をモデリングする
3次元形状を2次元面に投影する
3次元形状を変形・移動させる
隠れ面の消去を行う
演習
演習
自由曲面を表現する
演習
シェーディングとマッピングを行う
レイトレーシングを学ぶ
ボリュームレンダリングを学ぶ
アニメーションと変形を学ぶ
授業データ
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成績評価の方法
z
z
教科書
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z
課題レポート100％
前川佳徳編著『コンピュータグラフィックス』オーム
社, 2001
参考書
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必要に応じて紹介する．
コンピュータグラフィックス
とは何か
教科書 1章
CGの定義
z
コンピュータグラフィックスとは
z
コンピュータ内に図形や画像を作成し，コンピュータで
処理して，それらをディスプレイやプリンタ等のグラ
フィックス出力装置によって表示する技術である．
初期モデル
最適化されたモデル
CGの定義(cont.)
z
画像(image)とは
z
z
絵や写真，映像などの総称である．
特に，コンピュータで作成されたり，処理された画像
はデジタルデータ化されているので，ディジタル画像
と呼ばれる．
CGの定義(cont.)
z
図形(figure)とは
z
線や面などで表現された画像を指す場合に用いられ
る．
狭義の画像（2次元）
狭義の図形（2次元） 2次元CG
静止画像
図形
画像
形状（3次元） 3次元CG
映像
動画像
アニメーション
狭義のアニメー
ション（2+1次元）
３Dアニメーション
（3+1次元）
CGの定義(cont.)
z
モデリング(modeling)とは
z
z
図形や形状を点，線分，面分などの幾何情報（座標
値）と位相情報（接続関係）のデータで記述した数学
モデルを作成することである．
モデリング技術は CAD (Computer Aided Design
(Drawing)，コンピュータ支援設計（製図）) としてス
タートした．
CGの定義(cont.)
z
レンダリング(rendering)とは
z
z
z
z
図形や形状を写実的に表示するための技術である．
特に，形状に光による陰影を付ける技術はシェーディ
ング(shading)と呼ばれる．
レンダリングでは図形や形状を画素（ピクセル: pixel）
で表示する（表示モデルに変換する）．
一般的に，表示モデルはディスプレイやプリンタ等の
出力装置に依存する．
CGの定義(cont.)
z
投影変換とは
z
z
幾何変換とは
z
z
形状を移動および回転する技術である．
アニメーションとは
z
z
3次元形状を2次元面に投影した画像に変換する技術である．
形状を動きを動画像として表示する技術である．
画像処理とは
z
画像入力装置（デジタルカメラやスキャナ等）から画像を取り込
み，合成や抽出，色や解像度等の変換（加工）を行う技術であ
る．
参考：ソフトウェア
z
レンダリングソフト
z
PIXERの使っているCGを作るソフト "RenderMan"
z
z
フリーのレイトレイサー "POV-Rey"
z
z
https://renderman.pixar.com/
http://www.povray.org/
CGモデラー
z
Maya
z
z
Softimage XSI
z
z
http://www.newtek.com/products/lightwave/index.php
Shade（国産）
z
z
http://www4.discreet.com/3dsmax/
LightWave
z
z
http://www.softimage.com/home/
3ds max
z
z
http://www.alias.com/eng/index_flash.shtml
http://shade.e-frontier.co.jp/index.html
Blender（フリー）
z
http://www.blender.org/
CGの応用分野
z
設計・製造分野での利用
z
z
CGの前にCADがあった．Ivan E. Sutherland (MIT) が1963年
にSKETCHPAD を発表した．
z 点，線分，円弧をライトペンでモニター上に描画して，それらの
間に拘束を設定し，その拘束を保持して，移動，拡大，縮小，回
転，コピーができた．
CAD，CAM (Computer Aided Manufacturing：コンピュータ支
援製造)
z http://www306.ibm.com/software/applications/plm/catiav5/images/imalg.jpg
z http://www.rolanddg.co.jp/product/3d/3d/mdx-40.htm
z http://www.msol.co.jp/mda/dimension/index.html
CGの応用分野(cont.)
z
映画・ゲーム・コマーシャル製作分野での利用
z
z
z
コンピュータによる映像作成は，1960年代初頭に米国のベル
研究所で宇宙開発のためのシミュレーションとして始められた．
CG映画の制作会社 "PIXER“
z http://www.pixar.com/index.html
ゲーム
z 3Dの表示をするゲームの古典 DOOM (今はDOOM3)

z
FINAL FANTASY シリーズ (RPGのゲームとしては世界的に
有名)

z
http://www.idsoftware.com/games/doom/doom3/
http://www.square-enix.co.jp/finalfantasy/
レーシングゲームとしては有名 GRAN TURISMO4

http://www.playstation.jp/scej/title/gt4/main.html
CGの応用分野(cont.)
z
景観シミュレーションでの利用
z
z
z
z
http://www.jfpinc.com/keikan/
http://www.taisei-kodaitoshi.com/
http://www4.ocn.ne.jp/~knack/works/04.html
ファッション検討での利用
z
http://www.dcaj.org/bigbang/mmca/summary/04_1
5/vfd_demo.html
CGの応用分野(cont.)
z
医学分野での利用
z
X線CT(Computed Tomography)やMRI (Magnetic
Resonance Imaging)等による3次元撮影画像をボ
リュームレンダリング(volume rendering) によって内
部を可視化する．
z
z
z
http://www.kgt.co.jp/product/med/gallery_ct.html
http://www.kgt.co.jp/product/med/gallery_mri.html
http://www.medical-animations.com/japan/
CGの応用分野(cont.)
z
バーチャルヒューマン
z
z
バーチャルリアリティ
z
z
http://www.hokkaido-iri.go.jp/book/dayori/00-2303/P08.PDF
http://www.nihonbinary.co.jp/Virtual/
CGアート
z
コンピュータグラフィックスとインタラクティブテクニック
の国際会議：SIGGRAPH
z
http://www.siggraph.org/s2005/
CGの本質
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2次元CGと3次元CG
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z
3次元CGの主要な技術
z
z
3次元形状モデリング，レンダリング，投影変換，幾何変換，ア
ニメーション
z 本テキストではこれらの技術を解説する．
3次元形状モデルや2次元表示のデジタルデータ化
z
z
3次元形状のモデリングでは3次元CGを用いるが，表示する際
には2次元CGを用いる．
z 本テキストではこれらの関係を扱う．
デジタルデータの構造，計算処理
応用分野
z
バーチャルリアリティとの組み合わせで応用範囲を拡大してい
くものと思われる．

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