計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)及應(yīng)用探析

汪曉飛 楊曉玲

摘要：本文簡要介紹了數(shù)字媒體對動(dòng)畫設(shè)計(jì)的影響，并討論了數(shù)字媒體技術(shù)在中國動(dòng)畫設(shè)計(jì)中的應(yīng)用關(guān)于在新形勢下如何促進(jìn)我國動(dòng)畫設(shè)計(jì)進(jìn)一步發(fā)展的建議。筆者認(rèn)為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)不僅是一門理論科學(xué)，而且是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科，本文為筆者的個(gè)人見解，希望為相關(guān)領(lǐng)域的發(fā)展提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī);圖形圖像;數(shù)字媒體

中圖分類號：TP391 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? 文章編號：1007-9416（2020）06-0000-00

0引言

在信息技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，數(shù)字媒體的技術(shù)逐步應(yīng)用于各行各業(yè)，以此實(shí)現(xiàn)了信息技術(shù)共同化。動(dòng)漫設(shè)計(jì)與制作作為新興產(chǎn)業(yè)的支撐，中國信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，是由數(shù)字化帶來的不同技術(shù)支撐，媒體在發(fā)展過程中，數(shù)字媒體在動(dòng)畫設(shè)計(jì)中的應(yīng)用制作與中國動(dòng)畫產(chǎn)業(yè)的興衰有著密切的關(guān)系。因此，探討數(shù)字媒體與動(dòng)畫設(shè)計(jì)的關(guān)系對中國動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展有著一定的促進(jìn)作用。

1 圖像處理中的應(yīng)用與技術(shù)

說到圖像處理，我們不得不提到的一個(gè)方面，就是“小波”。在20世紀(jì)80年代早期，受到兩方面思想的影響，純數(shù)學(xué)和應(yīng)用數(shù)學(xué)。他們使用法語單詞ondelette，意思是“小浪”，很快被翻譯成英語“波”，即為“小波”。小波得到了發(fā)展，且它獨(dú)立于多個(gè)方面，如數(shù)學(xué)、量子領(lǐng)域物理、電氣工程、地震地質(zhì)和醫(yī)療技術(shù)等。小波是一種強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)工具，現(xiàn)在大量的應(yīng)用程序，通常都會使用小波。物理學(xué)的許多領(lǐng)域都看到了這一點(diǎn)，范式轉(zhuǎn)換，包括分子動(dòng)力學(xué)、天體物理學(xué)、密度矩陣定位、地球物理學(xué)，光學(xué)、湍流和量子力學(xué)[1]。

圖像處理也隨著小波的出現(xiàn)與應(yīng)用，發(fā)生了變化，例如：血壓、心率和心電圖分析，蛋白質(zhì)分析、氣候?qū)W、一般信號處理、語音識別、計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和多重分形分析。小波的一個(gè)用途是壓縮數(shù)據(jù)，像其他變換一樣，小波轉(zhuǎn)換可用于轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，然后對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，從而有效地壓縮。

關(guān)于FBI指紋壓縮，大家都知道指紋驗(yàn)證是最可靠的個(gè)人識別方法，它在法醫(yī)和民用應(yīng)用中都擁有非常重要的作用。從1924年到今天，美國聯(lián)邦調(diào)查局已經(jīng)收集了大約3000萬套指紋，檔案館主要由墨跡構(gòu)成紙牌上的印象，傳真掃描，鼓勵(lì)在執(zhí)法部門中傳播，但數(shù)字化質(zhì)量往往很低，因?yàn)樵S多管轄區(qū)正在試驗(yàn)與數(shù)碼存儲的印刷品并不兼容，最近，數(shù)據(jù)格式之間的轉(zhuǎn)換成了一個(gè)問題，這個(gè)問題導(dǎo)致了對刑事司法的困難加深。對于上述情況，數(shù)據(jù)存儲問題是重點(diǎn)，指紋圖像在分辨率為每英寸500像素，256級灰度按像素縮放信息，通常情況下一個(gè)指紋700000像素，需要大約0.6MB的存儲空間，那么，雙手需要大約6兆字節(jié)的存儲空間，所以把聯(lián)邦調(diào)查局目前的檔案數(shù)字化會導(dǎo)致大約200兆字節(jié)的數(shù)據(jù)，存儲這些未壓縮圖像的成本很明顯很高，所以數(shù)據(jù)的壓縮對于降低這些數(shù)字來說是非常重要的，為了在實(shí)踐中建立這樣一種工作制度，我們必須能夠使用盡可能少的位元，必須有快的從手指中提取基本數(shù)據(jù)的算法進(jìn)行掃描，然而小波就可滿足這兩個(gè)條件。

計(jì)算機(jī)與人類視覺，在20世紀(jì)80年代初，大衛(wèi)？馬爾開始在麻省理工學(xué)院的人工智能人工視覺實(shí)驗(yàn)室對于機(jī)器人進(jìn)行了研究，他是人類視覺系統(tǒng)的專家，馬爾認(rèn)為建立視覺的科學(xué)基礎(chǔ)，然后發(fā)展他說推動(dòng)的工作算法是一個(gè)不錯(cuò)的解決方案。馬爾的理論是人類視覺系統(tǒng)中的圖像處理，有復(fù)雜的層次結(jié)構(gòu)，包括層層處理，在每個(gè)處理級別上視網(wǎng)膜系統(tǒng)可以提供一種視覺，具體表在以幾何的方式逐步縮放，伊斯?fàn)幷撊Q于強(qiáng)度變化的檢測，他認(rèn)為強(qiáng)度變化發(fā)生在圖像中縮放，以便對其進(jìn)行最佳檢測，我們需要使用不同大小的運(yùn)算符，他的理論上強(qiáng)度的突然變化會產(chǎn)生一個(gè)峰值或圖像一階導(dǎo)數(shù)的波谷，這兩個(gè)假設(shè)一個(gè)視覺過濾器有兩個(gè)特征：它應(yīng)該是一個(gè)微分算子，應(yīng)該能夠被調(diào)諧到任何需要的動(dòng)作規(guī)模。Marr算子是一個(gè)小波，也就是今天的“Marr小波”。

2 數(shù)字媒體技術(shù)的內(nèi)涵

數(shù)字媒體是指以數(shù)字形式存在的傳播媒介，它是基于數(shù)字的以屏幕為信息載體的技術(shù)，目前，數(shù)字電影、互聯(lián)網(wǎng)、媒體、數(shù)字電視、數(shù)字報(bào)紙等，都可以稱為數(shù)字媒體，與傳統(tǒng)的大眾媒體，數(shù)字媒體的傳播相比，它可以大大增強(qiáng)互動(dòng)性和數(shù)字化溝通。數(shù)字媒體技術(shù)可以打破時(shí)間、空間和媒體的限制，并且在動(dòng)畫作品中更直接地表達(dá)創(chuàng)作者的思想。目前，數(shù)字媒體技術(shù)結(jié)合了計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、二維動(dòng)畫、三維動(dòng)畫等多方位內(nèi)容。數(shù)字媒體技術(shù)在動(dòng)畫設(shè)計(jì)與制作中的作用是更改表演形式，在新的媒介藝術(shù)時(shí)代，它有著多種形式，手機(jī)、電影、速寫、數(shù)字動(dòng)畫電影與電影有著密切的聯(lián)系。對于數(shù)字藝術(shù)來說，其兼容性、共享性和開放性的特點(diǎn)發(fā)生了巨大的變化，在與大眾傳媒、信息產(chǎn)業(yè)、電信等行業(yè)的溝通中，傳統(tǒng)的溝通方式，實(shí)現(xiàn)了對傳統(tǒng)領(lǐng)域的顛覆性變革工業(yè)，同時(shí)，它也使大眾傳播變得更加具體，新產(chǎn)業(yè)的分類對于信息技術(shù)來說，發(fā)展過程將對中國傳媒業(yè)產(chǎn)生影響，逐步實(shí)現(xiàn)手機(jī)、收音機(jī)和互聯(lián)網(wǎng)的集成，它擁有豐富的表達(dá)模式，通過數(shù)字媒體技術(shù)，動(dòng)畫設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中有更多的新材料、新工具，極大地豐富了媒體的藝術(shù)語言，目前，許多動(dòng)畫作者在通過軟件的應(yīng)用來設(shè)計(jì)他們想要的東西，例如，如果將照片導(dǎo)入軟件，可以獲得相機(jī)拍攝不到的效果經(jīng)過一定的處理，還可以通過元素疊加獲得新的動(dòng)畫圖像，以此來拓寬內(nèi)容的表現(xiàn)空間，與傳統(tǒng)藝術(shù)形式相比，傳統(tǒng)藝術(shù)受到時(shí)間、材料等載體的制約，但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，拓展了藝術(shù)的表現(xiàn)空間，此外，還可以生成空間和時(shí)間的圖像來實(shí)現(xiàn)宏觀或微觀圖像，提高創(chuàng)作效率。一部完整的動(dòng)畫作品的工作量是非常大的，甚至幾分鐘的動(dòng)畫也需要一百多個(gè)技巧才能達(dá)到成品，為了確保在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成未完成的工作，隨著時(shí)間的推移，設(shè)計(jì)師必須提高他們的生產(chǎn)效率。但是數(shù)字媒體技術(shù)的使用，可以幫助設(shè)計(jì)人員通過軟件和保證畫作呈現(xiàn)質(zhì)量，使國產(chǎn)動(dòng)畫制作更加信息化，更加的高效。數(shù)字媒體效應(yīng)增加國內(nèi)生產(chǎn)動(dòng)畫有效地為觀眾帶來更多的觀看選擇，為動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展打下了一個(gè)基礎(chǔ)[2]。

3 數(shù)字媒體技術(shù)在動(dòng)畫設(shè)計(jì)與制作中的應(yīng)用

數(shù)字媒體技術(shù)在二維動(dòng)畫設(shè)計(jì)與制作中的應(yīng)用，與傳統(tǒng)動(dòng)畫設(shè)計(jì)制作技術(shù)相比，數(shù)字化媒體技術(shù)本身對于二維的設(shè)計(jì)和制作有一定的優(yōu)勢，首先，在利用數(shù)字媒體技術(shù)設(shè)計(jì)和制作動(dòng)畫時(shí)，設(shè)計(jì)人員通常以關(guān)鍵幀為主要特征，顯示屏為一般設(shè)備根據(jù)完成的關(guān)鍵幀就可以自動(dòng)生成，像往常一樣，動(dòng)畫的中間畫面會與動(dòng)畫人物同時(shí)生成，清晰的靈敏度和反射速度是它所共同具備的。其次，在自動(dòng)化設(shè)計(jì)，數(shù)字媒體技術(shù)為文字的線條色彩提供便利，這也很容易掌握，設(shè)計(jì)師只需點(diǎn)擊圖像的自動(dòng)處理，系統(tǒng)就會自動(dòng)生成所需的圖片。因此，在教學(xué)中，教師可以充分發(fā)揮這兩方面的優(yōu)勢，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行色彩設(shè)計(jì)與卡通人物的動(dòng)作，數(shù)字媒體技術(shù)在三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)與制作中的應(yīng)用動(dòng)畫，在數(shù)字背景下，二維動(dòng)畫與三維動(dòng)畫有很大的不同，二維動(dòng)畫主要是通過簡單的線條來描述物體，而三維動(dòng)畫則更為復(fù)雜，包含視覺效果、燈光效果等，隨著數(shù)字媒體技術(shù)、三維動(dòng)畫的設(shè)計(jì)與制作已經(jīng)取得了非常突出的成就，在技術(shù)、水平等方面的發(fā)展，三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)和制作已經(jīng)可以解決非常復(fù)雜的過程，包括對象設(shè)計(jì)、模型構(gòu)建、照明設(shè)計(jì)、關(guān)鍵幀設(shè)置、三維動(dòng)畫設(shè)計(jì)制作、數(shù)字媒體等各個(gè)環(huán)節(jié)的動(dòng)畫制作的技術(shù)具有非常重要的作用[3]。

4 數(shù)字環(huán)境下動(dòng)畫設(shè)計(jì)與制作的發(fā)展建議

媒體時(shí)代它不能太依賴科學(xué)技術(shù)，利用先進(jìn)科學(xué)科技是可以給觀眾帶來更多視覺效果的感覺，但如果過度使用的話就會直接影響性能質(zhì)量的設(shè)計(jì)理念，違背了動(dòng)畫的最初意義，觀眾也會失去興趣。因此，設(shè)計(jì)師不能依賴科學(xué)，在創(chuàng)作技術(shù)上，要堅(jiān)持動(dòng)畫設(shè)計(jì)的本質(zhì)，保持平衡介于商業(yè)和藝術(shù)之間，從而保證動(dòng)畫的質(zhì)量和視覺效果，保護(hù)國產(chǎn)動(dòng)畫的可持續(xù)發(fā)展，動(dòng)畫設(shè)計(jì)與制作應(yīng)充分利用數(shù)字媒體技術(shù)，培養(yǎng)社會需要的動(dòng)畫人才。在課堂教學(xué)中，學(xué)生的能力與操作和技術(shù)應(yīng)用是重點(diǎn)，我們只要堅(jiān)持理論整合，結(jié)合實(shí)際教學(xué)，就可以提高學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用水平。在動(dòng)畫設(shè)計(jì)與制作課程的設(shè)置與選擇上，不僅應(yīng)該考慮，關(guān)于新的數(shù)字媒體技術(shù)的應(yīng)用也應(yīng)該加大注意，特別是新技術(shù)的研究和推廣要跟上時(shí)間，在實(shí)際教學(xué)過程中，動(dòng)畫基礎(chǔ)知識需要加強(qiáng)，課程設(shè)置要注意突出重點(diǎn)，突出學(xué)生的技術(shù)應(yīng)用能力論，使動(dòng)漫人才過程中具有巨大的發(fā)展?jié)摿瓦m應(yīng)各種工作的能力要求。加強(qiáng)政府在動(dòng)漫設(shè)計(jì)發(fā)展中的推動(dòng)作用，發(fā)揮政府宣傳作用，鼓勵(lì)動(dòng)漫設(shè)計(jì)師要拓寬制作范圍和思維方式，使動(dòng)畫作品更加貼近生活。隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展和全球化進(jìn)程的加快，動(dòng)漫市場的競爭越來越激烈，政府部門需要協(xié)調(diào)供需矛盾，改善市場經(jīng)濟(jì)體制，有利于動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。在目前，供需不平衡，為了改變現(xiàn)狀政府必須加強(qiáng)打擊盜版的力度，堅(jiān)決捍衛(wèi)原創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)以及動(dòng)漫產(chǎn)權(quán)，采取法律措施支持動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)發(fā)展，以此來促進(jìn)中國動(dòng)漫產(chǎn)業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。

5結(jié)語

綜上所述，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)與圖形圖像處理技術(shù)發(fā)揮著很重要的作用，不論縮短生產(chǎn)時(shí)間還是提高產(chǎn)品質(zhì)量精準(zhǔn)或者優(yōu)化產(chǎn)品的特效，希望本文能為科學(xué)發(fā)展盡綿薄之力。

參考文獻(xiàn)

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[3]張偉杰.基于PG模型的偏振特性視景仿真技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京：中國科學(xué)院大學(xué)，2018.

收稿日期：2020-04-25

作者簡介：汪曉飛（1981—），男，四川成都人，博士，副教授，研究方向：圖像處理。