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 CGエンジニア 画 像 処 理 エンジニア CGクリエーター CGエンジニア 29% 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 3

CGシステム 利 用 のモデルケース 3DCGの 陰 影 表 現 Autodesk Maya 3Dモデルの 表 示 全 般 : アニメーションを 含 む シェーダー( 陰 影 部 分 )の 開 発 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 4

CGシステム 利 用 のモデルケース 3Dモデルの 形 状 変 形 MeshLab CG 研 究 者 の 間 で 広 く 利 用 されているソフトウェア 論 文 として 発 表 された 技 術 が 実 装 されている 各 種 ファイルフォーマットの 変 換 が 容 易 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 5

CGシステム 利 用 のモデルケース ゲームCG Unity フリーで 多 くの 機 能 が 使 えるゲームエンジン モバイル Webを 含 む 複 数 プラットフォームへの 出 力 Asset Store: 3Dモデルや 画 像 のオンラインストア 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 6

CGシステム 利 用 のモデルケース 論 文 投 稿 画 像 編 集 ソフト 論 文 に 掲 載 する 図 表 の 作 成 Microsoft Power Point, Adobe Photoshop, Adobe Illustrator 論 文 のファイルフォーマット Adobe PDF: 図 表 とテキストを 表 示 可 能 動 画 編 集 ソフト 論 文 に 投 稿 するデモビデオの 作 成 Adobe After Effects, Adobe Premiere デモビデオのファイルフォーマット MPEG-4: 圧 縮 して 動 画 をオンライン 投 稿 Windows Media: Power Pointへの 埋 め 込 み 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 7

CGシステムの 構 成 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 8

CGシステムの 構 成 画 像 データ 入 力 ディスプレイ コンピュータ 本 体 形 状 動 作 データ 入 力 グラフィックス 記 憶 装 置 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 9

CGシステムの 構 成 画 像 データ 入 力 ディスプレイ コンピュータ 本 体 形 状 動 作 データ 入 力 グラフィックス 記 憶 装 置 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 10

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. 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 11

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 12

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 13

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 14

CGシステムの 構 成 画 像 データ 入 力 ディスプレイ コンピュータ 本 体 形 状 動 作 データ 入 力 グラフィックス 記 憶 装 置 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 15

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 16

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 GPU VGA(アナログ) DVI(デジタル) HDMI(デジタル) フレームバッファ ディスプレイ 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 17

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 18

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 19

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 20

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 21

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 22

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 23

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 24

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 25

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 26

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 ) 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 27

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 28

3 次 元 ディスプレイ (3Dメガネ) 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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 29

3 次 元 ディスプレイ (3Dメガネ) 偏 光 式 左 眼 用 の 映 像 と 右 眼 用 の 映 像 に 直 交 する 偏 光 フィルタ 偏 光 式 Fffred 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 30

3 次 元 ディスプレイ (3Dメガネ) 液 晶 シャッター 方 式 視 差 画 像 を 交 互 に 映 し,メガネのシャッターで 同 期 液 晶 シャッター 式 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 31

3 次 元 ディスプレイ (HMD) ヘッドマウントディスプレイ 方 式 (HMD) 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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 32

レーザー 加 工 機 コンピュータの 制 御 で 様 々な 素 材 を 切 断 加 工 パーツをコンピュータ 上 でデザイン レーザーによるパーツの 切 り 出 し PacCAM Daniel Saakes 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 33

3Dプリンタ 3Dモデルデータを 基 に 立 体 を 造 形 1 層 ずつ 積 み 上 げていく 積 層 型 が 基 本 最 新 機 種 はマルチカラー, 透 明 マテリアルも 可 Objet Connex 3 Stratasys 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 34

CGソフトウェア ソフトウェアの 構 成 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 35

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 36

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 37

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 38

3 次 元 CGソフト Autodesk Maya 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 39

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 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 40

3 次 元 ハードウェア 上 での 処 理 モデルデータ 画 像 の 段 階 的 な 処 理 ディスプレイスメント マッピング 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 41

次 回 CG のための 数 学 的 基 礎 1 ~2 次 元,3 次 元 座 標 系 ~ 2015/10/5 コンピュータグラフィックス 42