ソフトウェア概論

Report
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 [email protected]
■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
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。
CGの作成手順
モデリング
レンダリング
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
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

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。
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。
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。
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。
レンダリングの種類
正射影
 透視投影

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
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
立体の表現の種類
CSG(Constructive Solid Geometry)
 メタボール
 ボクセル

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。
結合
交差
差
併合
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。
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
光源の種類
平行光源
 点光源

光の種類
反射光
 透過光
 環境光

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。
CG製作
~CG開発言語POV-Ray~
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/
シーンファイルの基本構造
#include “colors.inc”
#include “shapes.inc”
camera{
視点
location<3, 3, -10>
look_at<0, 0, 0>
angle 30
}
light_source{
<-3, 5, -5>
color White
}
ライト
物体
object{
Sphere
pigment{color Orange}
}
シーンファイルの基本構造(背景付)
#include “colors.inc”
#include “shapes.inc”
camera{
視点
location<3, 3, -10>
look_at<0, 0, 0>
angle 30
}
light_source{
<-3, 5, -5>
color White
}
ライト
物体
object{
Sphere
pigment{color Orange}
}
plane{y, -100 pigment{Plum}}
背景
※背景に光が反射し全体が明るくなる。
基本図形
基本図形の書式
彩色の書式
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
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
}
アルファ値による透過
object{
Cube
pigment{rgb<1.0, 0.65, 0, 0.9>}
}
大気効果
:
:
Sky_sphere{S_Cloud5}
座標変換の書式
並行移動
回転
拡大/縮小
立体演算の書式
立体演算
結合
交差
差
併合
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}
}
}
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
CG作品
~CG開発言語POV-Ray~
静止画例(1)
松下研究室学生作品(2007年,3年生製作)
静止画例(2)
松下研究室学生作品(2007年,2年生製作)
静止画例(3)
松下研究室学生作品(2007年,2年生製作)
静止画例(4)
松下研究室学生作品(2007年,2年生製作)
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/
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)
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/
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)
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
参考ホームページ(2)

POV-Ray開発環境ダウンロード
– http://www.povray.org/

POV-Rayコンテスト
– http://www.irtc.org/
世界規模で行われている
POV-RayによるCGコンテストです。
参考文献(1)

教養の情報科学
– 松下孝太郎、他、共著
– 北大路書房
– ISBN:4-7628-2519-0
※第11章 CGにおいて解説
参考文献(2)

POV‐Rayで学ぶ実習コンピュータグラフィックス
– 小室日出樹著
– アスキー
– ISBN:4-7561-3367-3

3次元CGの基礎と応用
– 千葉則茂、土井章男共著
– サイエンス社
– ISBN4-7819-0826-8
Tokyo University of Information Sciences
Lab. Homepage
http://www.rsch.tuis.ac.jp/~matusita/

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