コンピュータグラフィックス第3回

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あきひさそめや
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1 コンピュータグラフィックス第 3 回 CG システム理工学部兼任講師藤堂英樹

2 連絡事項休講のため, 授業内容を一部変更しますレンダリング技法 3 写実的な陰影表現, 大域照明モデルレンダリング技法 4 視覚に訴えるグラフィックスレンダリング技法 3 写実的な陰影表現, 大域照明モデル 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 2

3 本日の講義内容 CG システムの構成 CG システムの応用 CG ソフトウェア 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 3

4 CG システムの構成 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 4

5 CG システムの構成画像データ入力デジタルカメライメージスキャナコンピュータ本体ディスプレイモニター形状動作データ入力モーションキャプチャ 3D スキャナ PC ( デスクトップ ) CPU GPU グラフィックス記憶装置 HDD 記録メディア 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 5

6 CG システムの構成画像データ入力デジタルカメライメージスキャナコンピュータ本体ディスプレイモニター形状動作データ入力モーションキャプチャ 3D スキャナ PC ( デスクトップ ) CPU GPU グラフィックス記憶装置 HDD 記録メディア 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 6

7 画像データ入力装置様々な機器からの入力画像を CG 制作に応用可能デジタルカメラ,TV: 静止画, 動画イメージスキャナ : 静止画デジタルカメラ Canon Inc. デジタルビデオカメラ Sony Corporation イメージスキャナ Canon Inc. 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 7

8 形状動作データ入力装置形状動作データの作成には入力が必要マウスやキーボードによる入力計算によって自動生成現実の物をデータ化モーションキャプチャ 20th Century Fox 3D スキャナ ( 形状計測 ) MakerBot Industries, LLC 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 8

9 モーションキャプチャ CG アニメーションでは動きのデータが重要人間の動作は複雑でデザインするのが難しい実際の人間の動作を計測する en.wikipedia 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 9

10 3D スキャナ (3 次元デジタイザ ) 接触型ユーザーが 3 次元形状をなぞるアームの座標値 + レーザー非接触型 ( レンジファインダ ) MicroScan MLX Nihon Binary Co., Ltd. Makerbot Digitizer MakerBot Industries, LLC 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 10

11 CG システムの構成画像データ入力デジタルカメライメージスキャナコンピュータ本体ディスプレイモニター形状動作データ入力モーションキャプチャ 3D スキャナ PC ( デスクトップ ) CPU GPU グラフィックス記憶装置 HDD 記録メディア 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 11

12 グラフィックス描画装置 CPU コンピュータの基本演算装置ユーザー入力, 物理シミュレーション, 衝突判定 GPU 3 次元 CG 用に特化された演算装置専用のビデオメモリグラフィック描画 Intel Core i7 CPU Intel Corporation nvidia QUADRO GPU NVIDIA Corporation 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 12

13 グラフィックス出力装置コンピュータ内の画像とディスプレイをつなぐ VGA( アナログ ) GPU DVI( デジタル ) HDMI( デジタル ) フレームバッファディスプレイ 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 13

14 グラフィックス記憶装置補助記憶装置ポータブル HDD (3TB) CD (700MB) DVD (4.7GB) Blu-ray (25GB) 動画はデータサイズが大きくなる Avatar > 1000TB Weta Digital 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 14

15 動画ファイルのサイズ 60 分 120 分 240 分 480 分 CD 350MB 700MB 1.4GB 2.8GB DVD 2.4GB 4.7GB 9.4GB 18GB Blu-ray 13GB 25GB 50GB 100GB スーパーハイビジョン 25GB 50GB 100GB 200GB 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 15

16 静止画ファイルフォーマット JPEG 高い圧縮率写真のような自然画像向け GIF 256 色までイラスト画像向けアニメーションの保存が可能 TIFF 様々な画像に対応高品質で画像を保存できるファイルサイズは比較的大きい 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 16

17 静止画ファイルフォーマット BMP ( 非圧縮 ) Windows 標準の画像フォーマット PNG インターネット利用を目的として作られたアルファチャンネル ( 透明度 ) をサポート PostScript( ベクタ表現 ) 文字や図形を含む印刷用データ PICT Mac OS 標準の画像フォーマットベクタとラスタの両方の表現に対応 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 17

18 動画ファイルフォーマット AVI 標準的な動画フォーマット Windows Media Windows 標準の動画フォーマット Word, PowerPoint 等の Office 製品と相性が良い QuickTime Mac OS 標準の動画フォーマット多くの圧縮方式に対応映像制作の分野では広く使われている 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 18

19 動画ファイルフォーマット MPEG 圧縮方式の規格現在では高圧縮率の MPEG-4 が広く利用されている FLV 元々は Flash Player 用の動画フォーマット高い圧縮率 Web 動画に適している Youtube や Google ビデオが採用 Animation GIF GIF 画像を複数枚つなげてアニメーション化イラスト画像などのアニメーションに適する 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 19

20 CG システムの応用バーチャルリアリティシステムユーザに仮想世界を疑似体験させるシステム 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 20

21 バーチャルリアリティの表示方法立体型スクリーンヘッドマウントディスプレイ (HMD) 立体型スクリーンヘッドマウントディスプレイ Cave2 イリノイ大学 ( シカゴ ) Oculus Rift Oculus VR 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 21

22 立体型スクリーン方式 Cave2 イリノイ大学 ( シカゴ ) 複数の大型プロジェクター 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 22

23 ヘッドマウントディスプレイ Oculus Rift Oculus VR ヘッドトラッキング ( 広視野角 ) 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 23

24 拡張現実感システム実世界とのインタラクション実写映像と 3 次元 CG の合成 SmartAR Sony Corporation 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 24

25 バーチャルスタジオシステム出演者を 3 次元仮想世界に配置ブルーバックでの撮影実写画像との 3 次元 CG の合成 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 25

26 3 次元ディスプレイ形状データを 3 次元情報として見せる左右の眼に視差がついている画像 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 26

27 3 次元ディスプレイ形状データを 3 次元情報として見せる左右の眼に視差がついている画像偏光式 Fffred 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 27

28 3 次元ディスプレイ形状データを 3 次元情報として見せる左右の眼に視差がついている画像液晶シャッター式 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 28

29 メガネなし方式 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 29

30 ヘッドマウントディスプレイ頭部に装着する小型ディスプレイ両眼にそれぞれ専用のディスプレイ Oculus に映し出される映像 Oculus VR 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 30

31 CG ソフトウェアソフトウェアの構成 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 31

32 CG ソフトウェアプログラム記述言語と API OpenGL 古くから使われている 3 次元 CG の汎用 API DirectX Windows OS に特化したマルチメディア API Java3D Java 言語のための 3 次元 CG 用 API RenderMan 映画用の高品質 CG を制作するためのシェーダ記述言語 Cg OpenGL や DirectX の GPU 処理を行うためのプログラム言語 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 32

33 CG アプリケーションソフトドロー系ソフトベクタ表現の画像直線, 多角形, 円などの描画ペイント系ソフトラスタ表現の画像写真画像の加工, ブラシエフェクト 3 次元 CG ソフト 3 次元形状のデザインアニメーション作成レンダリング Illustrator Photoshop Gimp Maya Softimage 3ds Max 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 33

34 3 次元 CG ソフト Autodesk 社の製品が高いシェアを占める Autodesk Maya Autodesk Softimage XSI Autodesk 3ds Max LightWave 3D Maya Autodesk Softimage XSI Autodesk 3ds Max Autodesk 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 34

35 3 次元 CG ソフト Autodesk Maya 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 35

36 リアルタイム CG システムゲームエンジンゲーム作成に有用なデータインタラクティブな CG 処理 MikuMikuDance 初音ミクのダンス CG に特化 Unity Unreal Engine WebGL Web 上で動作する CG システム 3 Dreams of Black Google 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 36

37 リアルタイム 3 次元 CG システム並列処理高速に演算を行いたい複数の計算ユニットで処理を分担するパイプライン処理データの流れを上手くずらしながら計算 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 37

38 3 次元ハードウェア上での処理 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 38

39 3 次元ハードウェア上での処理 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 39

40 次回 CG のための数学的基礎 1 ~2 次元,3 次元座標系 ~ 2014/10/13 コンピュータグラフィックス 40

コンピュータグラフィックス

コンピュータグラフィックス第 3 回 CGシステム理工学部兼任講師藤堂英樹本日の講義内容 CGシステムの構成 CGシステムの応用 CGソフトウェア 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 2 CGシステム利用のモデルケース CGクリエーター 17% ユーザープロフィール画像処理エンジニア 17% 研究者 37% 研究者