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CGと画像合成の基礎('16)

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主任講師
浅井 紀久夫 (放送大学准教授)
放送メディア
ラジオ
放送時間(平成29年度)
第1学期:(木曜)23時00分~23時45分

講義概要

コンピュータグラフィックス(CG)と画像合成について解説する。映画やCM、商品カタログなど、身の回りの映像、画像には、CGや画像合成が広く使われるようになった。CG描画と画像合成の仕組みに重点を置き、その技術の基本原理を、描画例や応用例を示しながら平易に説明する。まず、CGの描画手順、座標変換、3次元形状の生成、画像の生成、質感表現など、CGの原理及び描画の基本的な手法を扱う。そして、リアリティを追求したイメージベースの手法を導入し、パノラマ画像や写真合成といった画像合成へとつなげる。
※詳しくはシラバス

開設年度
平成28年度
科目区分
コース科目(情報コース(専門科目))
〔2009年度~2015年度〕専門科目(情報コース)
〔2008年度以前〕専門科目(情報コース)
科目コード
1570196
単位数
2単位
単位認定試験
試験日・時限
平成28年度 第2学期:平成29年1月26日(木曜)3時限(11時35分~12時25分)
平成29年度 第1学期:平成29年7月30日(日曜)4時限(13時15分~14時05分)
単位認定試験
平均点
(平成28年度 第1学期)74.2点
 
備考
「映像メディアとCGの基礎('12)」の単位修得者は履修不可
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授業の目標

CGの作成および描画、画像合成の処理に関する基本原理を理解することが、本授業の目標である。単にCGを作成したり画像を編集したりするだけであれば、その原理を知る必要はない。しかし、高いリアリティで速く、しかも簡単に描画したり、新しい映像表現を創出したりするには、CGおよび画像合成の処理技術に関する基礎知識と基本的な考え方が必要である。製作したいCGや合成画像に対して、採用すべき処理や手法を選択できるようになることが、一歩進んだ目標である。

履修上の留意点

画像処理や映像制作に関連する科目として、「デジタル情報の処理と認識('12)」や「映像コンテンツの制作技術('16)」がある。これらの科目は本科目履修の条件ではないが、参考にできる。

シラバス

テーマ 内容 執筆担当講師名
(所属・職名)
放送担当講師名
(所属・職名)
1 CGレボリューション CG(コンピュータグラフィックス)は、線画から始まった。現在では、実写と見分けが付かない程度のリアリティを備えるまでになった。そのCGの歴史を概観し、どのような場面で利用されているかの応用例を示す。また、コンピュータゲームなど、CGを取り巻く状況について概説する。

【キーワード】
CGの歴史、応用、映画、コンピュータゲーム
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
2 コンピュータによる3次元形状の描画 CGの描画手順、カメラモデル、座標系について概説する。現実世界でカメラを使って写真を撮るとき、光が物体を照らし、その光が反射して、カメラの撮像素子に到達する。CGでも同様の仕組みを考えることができる。

【キーワード】
描画手順、カメラモデル、ビューイングパイプライン
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
3 図形の変換 3次元形状を作成するために2次元図形を利用したり、3次元形状を2次元面に表示したりするには、2次元図形および3次元形状に対する幾何学的変換が必要である。平面上と空間内における基本的変換について解説する。

【キーワード】
座標系、基本変換、合成変換、投影変換
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
4 3次元形状の作成 コンピュータで物の形を表現しようとするとき、数値で記述する必要がある。これを、モデリングという。このモデリングの手法を紹介する。3次元形状である多面体の表現法、曲線・曲面の表現法、立体形状を多角形の集合であるポリゴンで表す方法を示す。

【キーワード】
モデリング、立体形状、表現法、ポリゴン曲面
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
5 3次元モデルを2次元画像に 3次元形状を2次元画像に変換して絵として描画する手法について解説する。この描画のための処理をレンダリングという。レンダリングを構成する処理過程を示し、図形に対応する画像の色を描くラスタ化、見えない面を消去する隠面消去の手法について説明する。また、デジタル画像で実際には存在しない模様が現れる現象についても取り上げる。

【キーワード】
レンダリング、ラスタ化、隠面消去、エイリアシング
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
6 質感表現 物体が光に照らされたとき、物体に陰影ができる。その陰を計算するシェーディングの手法を紹介する。基本的なシェーディングでは、環境光による反射成分、拡散反射成分、鏡面反射成分を足し合わせて面の明るさを表現する。また、物体の背後にできる影を生成する影付けの手法について説明する。

【キーワード】
シェーディング、環境光、拡散反射、鏡面反射、影付け
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
7 コンピュータアニメーション アニメーションは、静止画を連続的に表示することにより動きを表現する。カメラを動かすことで動きを生み出す方法、複数枚の絵の中でキーとなるものを補間して動きを生成したり、軌跡を指定して動きを与えたりする方法、骨格構造の動きを補間して生成する方法について説明する。

【キーワード】
アニメーション、カメラワーク、キーフレームアニメーション、パスアニメーション、インバースキネマティクス
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
8 写実性を高める
-間接光の影響
3次元形状を写実的に表現するには、形状表面の明るさを精密な照明計算モデルに基づいて算出する必要がある。間接光の影響を考慮したグローバルイルミネーションについて説明する。また、擬似的に間接光を表現する手法を紹介する。

【キーワード】
グローバルイルミネーション、ラジオシティ法、フォトンマッピング法、 環境遮蔽
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
9 リアルタイム性を高める
-マッピングの手法
利用者の入力情報に基づいてCGが描画され、次の入力が行われるといったインタラクティブな表現には、実時間でCGを描画する必要がある。質感向上のために形状表面に模様や凹凸などの効果を付加するマッピング処理について説明する。

【キーワード】
テクスチャマッピング、バンプマッピング、環境マッピング、シャドウマッピング
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
10 カメラの幾何学 カメラが被写体を写す幾何学について解説する。レンズのないピンホールカメラを考え、レンズの役割を説明する。複数のカメラを使って、奥行き距離を求めるためのステレオ対応の原理を紹介する。

【キーワード】
ピンホールカメラ、レンズ、カメラ校正、ステレオ対応
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
11 パノラマ画像 カメラで、複数の視点から写真を撮って、それをつなぎ合わせれば、画角の広いパノラマ写真ができる。そのパノラマ写真を作る仕組みについて説明する。複数の画像ペアの間で正確に位置合わせを行うための手法を導入する。

【キーワード】
パノラマ画像、特徴点、特徴点抽出、幾何学的変換
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
12 画像に基づく3次元復元 2次元画像から3次元形状を復元する技術とCGのレンダリング技術を組み合わせて、写実的な描像を得る手法について解説する。また、複数の視点から撮影した画像に基づいて、3次元構造を推定する手法を説明する。

【キーワード】
イメージベーストレンダリング、運動からの構造復元
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
13 ハイダイナミックレンジ CGに写実性を与えるため、間接光を与えるグローバルイルミネーションを扱った。光源の照明環境を記録して、CGを描画すれば、その写実性は格段に増す。これを実現する輝度範囲の広い画像や環境マップの技術について解説する。

【キーワード】
イメージベーストライティング、ハイダイナミックレンジ、環境マップ、トーンマッピング
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
14 写真の合成 コンピュータ処理による写真合成の手法について解説する。まず、光線空間であるライトフィールドの考え方を導入する。ライトフィールドを用いて、レンズを通過した光が平面上に像を形成する過程を再現することにより、写真が合成されることを示す。

【キーワード】
ライトフィールド、ライトフィールドレンダリング、ライトフィールドカメラ、コンピュテーショナルフォトグラフィ
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
15 拡張現実感 現実シーンに情報を重畳して提示する拡張現実感について解説する。拡張現実感を実現するには、現実世界を計測し、その場所を特定して、適切な情報を現実シーンに重ねて提示する必要がある。これに必要な技術的要素と、拡張現実感の応用を示す。

【キーワード】
複合現実感、拡張現実感、幾何学的整合性、光学的整合性
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
浅井 紀久夫
(放送大学准教授)
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