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CG 基礎理論

CG 基礎理論. 松下孝太郎 東京情報大学 総合情報学部. 学校法人　東京農業大学 東京農業大学　東京情報大学　附属第一高等学校・中等部　附属第二高等学校　附属第三高等学校・中等部. 連絡先. ■ Tel/Fax 043-236-1349 （研究室直通） ■ E-mail matusita@rsch.tuis.ac.jp ■ URL http://www.tuis.ac.jp/ ~ matusita/. 学習の目標. CG の基礎理論の概要を理解することを目指します。. CG とは.

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CG 基礎理論

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  1. CG基礎理論 松下孝太郎 東京情報大学 総合情報学部 学校法人　東京農業大学 東京農業大学　東京情報大学　附属第一高等学校・中等部　附属第二高等学校　附属第三高等学校・中等部

  2. 連絡先 ■Tel/Fax 043-236-1349（研究室直通） ■E-mailmatusita@rsch.tuis.ac.jp ■URLhttp://www.tuis.ac.jp/~matusita/

  3. 学習の目標 CGの基礎理論の概要を理解することを目指します。

  4. CGとは CG（Computer Graphics）とはコンピュータによって描画される画像や映像である。映像に関してはCGアニメーションと呼ぶことがある。CGは描画処理に時間がかかるため、以前は専用のWS（WorkStation）で処理されていたが、近年はPC（Personal Computer）の高性能化により、PCでも容易に処理できるようになった。

  5. CGの作成手順 モデリング レンダリング

  6. モデリング モデリングとは物体の位置、光源の位置、視線の位置を指定することである。一般に、三次元座標により指定する。 モデリングの例

  7. モデリングの種類 • ワイヤーフレームモデル • サーフェイスモデル • ソリッドモデル

  8. ワイヤーフレームモデル ワーヤーフレームモデル（Wire-frame model）は立体の骨組みのみを表示したものである。また、三角メッシュにより立体を表現する方法もある。

  9. サーフェイスモデル サーフェイスモデル（Surface model）、立体の表面のみを表示したものである。地形の表示などに使用される。

  10. ソリッドモデル ソリッドモデル（Solid model）、立体の内部まで全て表示したものである。処理するデータ量が多くなる。

  11. レンダリング レンダリングとは、モデリングした位置情報によりCGを描画することである。

  12. レンダリングの種類 • 正射影 • 透視投影

  13. 正射影 正射影（Orthogonal transformation）は近くのものでも、遠くのものでも同様に投影する方法です。 視点 投影面

  14. 透視投影 透視投影（Perspective transformation）は近くのものは大きく、遠くのものは小さくなる投影方法です。私たちの日常的な感覚と同じ投影方法です。 投影面 視点

  15. 立体の表現の種類 • CSG（Constructive Solid Geometry） • メタボール • ボクセル

  16. 結合 交差 差 併合 CSG表現 CSG（Constructive Solid Geometry）表現は、立体の基本構成要素（プリミティブ）による空間的集合演算による表現方法である。

  17. メタボール 球の集合体により立体を表現し、色調も立体の重なり方から算出し表現する方法である。

  18. ボクセル 3次元立体画素による表現である。ボリュームデータを扱うことから、画素（pixel）にならいボクセル（voxel）と表現している。医療分野におけるCTやMRIによる3次元再構成などに利用されている。 http://www.voxelcg.com/showreel/ http://softwarecommunity.intel.com/articles/eng/2354.htm

  19. 光源の種類 • 平行光源 • 点光源

  20. 光の種類 • 反射光 • 透過光 • 環境光

  21. 陰影付け 陰影付け（Shading）とは、物体の形状や光のあたり方による物体上の濃淡付けのことです。

  22. CG製作～CG開発言語POV-Ray～

  23. POV-Rayとは POV-Ray（Persistence of Vision Ray Tracer）とはモデリングからレンダリングまでを行うCG開発用のフリーソフトウェア（CG用言語）である。記述形式はC言語と類似している。 POV-Rayの統合開発環境 POV-Ray公式サイトhttp://www.povray.org/

  24. シーンファイルの基本構造 #include “colors.inc”#include “shapes.inc” camera{ location<3, 3, -10> look_at<0, 0, 0> angle 30 }light_source{ <-3, 5, -5> color White }object{ Sphere pigment{color Orange}} 視点 ライト 物体

  25. シーンファイルの基本構造（背景付） #include “colors.inc”#include “shapes.inc” camera{ location<3, 3, -10> look_at<0, 0, 0> angle 30 }light_source{ <-3, 5, -5> color White }object{ Sphere pigment{color Orange}}plane{y, -100 pigment{Plum}} 視点 ライト 物体 背景 ※背景に光が反射し全体が明るくなる。

  26. 基本図形

  27. 基本図形の書式

  28. 彩色の書式

  29. マッピング :#include “textures.inc”: :object{ Sphere texture{DMFWood4}} テクスチャマッピング : :object{ Sphere normal{agate 0.9}} バンプマッピング

  30. スポットライト Light_source{<x, y, z> color 色名*光の強さspotlight point_at<xp, yp, zp> radius 角度falloff 角度}

  31. アルファ値による透過 object{ Cube pigment{rgb<1.0, 0.65, 0, 0.9>}}

  32. 大気効果 : :Sky_sphere{S_Cloud5}

  33. 座標変換の書式

  34. 並行移動

  35. 回転

  36. 拡大／縮小

  37. 立体演算の書式

  38. 立体演算 結合 交差 差 併合

  39. 立体演算（例） union object{ Sphere pigment{color Orange} } cylinder{ <0, -1.5, 0>, <0, 1.5, 0>, 0.5 pigment{color Orange} }}

  40. アニメーション作成 プルダウンメニューから「Render」「Edit Setting/Render」の順で指定し、「Render Setting」ダイヤログボックスの「Command line options」に+KFF数値を入力する。最後に「Set but don’t Render」ボタンをクリックするとアニメーションが表示される。 object{ Sphere pigment{color Orange} translate<0, 0, 5*clock>} シーンファイルの例

  41. CG作品～CG開発言語POV-Ray～

  42. 静止画例（１） 松下研究室学生作品（2007年，3年生製作）

  43. 静止画例（２） 松下研究室学生作品（2007年，2年生製作）

  44. 静止画例（３） 松下研究室学生作品（2007年，2年生製作）

  45. 静止画例（４） 松下研究室学生作品（2007年，2年生製作）

  46. 静止画例（５） ※絵をクリックすると関連ページが表示されます（インターネットへの接続が必要です）。 POV-Rayコンテストよりhttp://www.irtc.org/

  47. アニメーション例（１） ※絵をクリックすると動画が再生されます（インターネットへの接続が必要です）。 松下研究室学生作品（2007年，4年生製作）

  48. アニメーション例（２） ※絵をクリックすると動画が再生されます（インターネットへの接続が必要です）。 POV-Rayコンテストよりhttp://www.irtc.org/

  49. 参考（Flashアニメーション） ※絵をクリックすると動画が関連ページが表示されます（インターネットへの接続が必要です）。 学生作品（2007年度）

  50. 参考ホームページ（１） • 松下研究室（研究分野） • http://www.rsch.tuis.ac.jp/~matusita/study.html • 松下研究室（基礎演習II） • http://www.edu.tuis.ac.jp/~matusita/kisoenII.html

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