Computer Graphics 第１回 Introduction 芝浦工業大学情報工学科 青木 義満 I’ll get started with Introduction and Conventional works around our study, then mention our motivation and goal. Next, I’ll explain our 3D Face Modeling Method and its medical application. Finally, I’ll conclude this presentation with some future works. 芝浦工業大学情報工学科 青木　義満

授業の目標 ＣＧ検定2級レベル＋α 教科書：「コンピュータグラフィックス」，CG-ARTS協会 コンピュータグラフィックスの様々な基礎理論の学習 最新の研究事例を交え、この分野の動向を知る ＣＧプログラミングを始めるための手順・知識の習得 ＣＧ検定2級レベル＋α 主催：　画像情報教育振興協会 画像情報技能検定ＣＧ部門 教科書：「コンピュータグラフィックス」，CG-ARTS協会 参考書：「ディジタル画像処理」， CG-ARTS協会 2006/04/10 Computer Graphics

講義内容 主な内容 評価 イントロダクション 座標変換（2D, 3D, 投影） モデリング レンダリング アニメーション 視覚に訴えるグラフィックス ＣＧシステム応用 評価 課題 期末試験 2006/04/10 Computer Graphics

今日の講義内容 導入 ～ CGの概要 コンピュータグラフィックスとは？ CGの関連領域 CGの応用分野 CGとCV(Computer Vision) CGと画像処理 CGの応用分野 2006/04/10 Computer Graphics

コンピュータグラフィックス（ＣＧ）とは？ 実世界でのモノの見え方を決定する諸要因をコンピュータ内にモデリング，シミュレーションし，画像を生成（レンダリング）する技術 2006/04/10 Computer Graphics

CGを理解するために・・・ デジタルカメラモデル 2006/04/10 Computer Graphics

ＣGと画像処理 画像処理 ＣＧ 実世界を写した画像の色や明るさ，形状や大きさなどを変換，計測，対象物体に関する情報を認識する技術 実世界でのモノの見え方を決定する諸要因をコンピュータ内モデリング，シミュレーションし，画像を生成（レンダリング）する技術 2006/04/10 Computer Graphics

ＣＧとコンピュータビジョン（CV） 2006/04/10 Computer Graphics

ＣＧとＣＶの関係 CG Computer Graphics Computer Vision P P’ Light source Image Plane CG Light source 3D Scene P Computer Vision Camera Image Plane P’ Image Processing Camera Computer Graphics Computer Vision ３Ｄシーンのモデリング→2D画像のレンダリング 2D画像　→　３Ｄシーン情報の獲得 2006/04/10 Computer Graphics

ＣＧへの画像処理技術応用 イメージベースドレンダリング（Image-based rendering） テクスチャマッピング（Texture Mapping） 2006/04/10 Computer Graphics

2次元ＣＧ ラスタ処理 ベクタ処理 ハイブリッド ラスタ ＋ ベクタ 画素の集まり 画素ごとの明るさや色を記録 ペイント系描画ソフト 点・線・面の幾何学的性質 　　（位置や長さ）を記録 ドロー系描画ソフト 　ハイブリッド 　ラスタ　＋　ベクタ R （xo, yo） （x1, y1） Lx Ly 背景 （ラスタ表現） 物体 （ベクタ表現） 2006/04/10 Computer Graphics

３次元ＣＧ 3次元CGによる画像生成の手順 座標系，視点，視野 の設定 モデリング（物体形状のデータ化） 座標変換 （モデルの移動，変形） 座標系，視点，視野　の設定 モデリング（物体形状のデータ化） 座標変換　（モデルの移動，変形） レンダリング　 　　（質感や陰影の計算） アニメーション　 　　（視点や物体の動きによる連続画像の生成） 一枚の画像を生成 連続画像を生成 2006/04/10 Computer Graphics

ＣＧとその関連領域 画像処理 (Image Processing) コンピュータビジョン (Computer Vision) 階調画像，文字，図形などの画像情報に対する解析，認識，圧縮，蓄積 コンピュータビジョン 　(Computer Vision) 画像からの形状，属性の認識 イメージベースドレンダリング (IBR) 3D イメージング・モデリング　(3D Imaging & Modeling) 形状測定・復元，位置合わせ 2006/04/10 Computer Graphics

ＣＧの応用分野 エンターテイメント（CM，映画等） 工業製品のデザイン（CAD，CAM） Scientific Visualization 物理現象のシミュレーション リアルタイムCG 医療データの可視化 デジタルアーカイブ フォト／ノンフォトリアリスティック 2006/04/10 Computer Graphics

映画・ゲーム・エンターテイメント 映画，テレビ，CF（Commercial Film）, イベント映像 Shreck @ DreamWorks Monster’s Inc @ Pixer Final Fantasy 10 @ SQUARE 2006/04/10 Computer Graphics

CAD / CAM (Computer Aided Design/Manufacturing) 工業デザインにおける設計・製図作業， 　　工作作業のコンピュータ支援 シミュレーション技術 Rapid Prototyping Shoes Design Car Engine Design 光造形（樹脂モデル） 2006/04/10 Computer Graphics

地理情報処理 (GIS) 衛星画像 2006/04/10 Computer Graphics 地形の３D表示 Real-time Terrain Rendering @Geogia Tech. 2006/04/10 Computer Graphics

サイエンティフィック・ビジュアライゼーション 数値データを画像として表示　～「情報の可視化」 物理学，化学，気象学，医学，宇宙科学等，幅広い分野 刻々と変化する多次元的な情報を視覚化により解析 複雑な現象の直感的な理解 ボールが作る流れの数値解析＠理化学研究所 ストレート フォークボール 気象データの可視化 2006/04/10 Computer Graphics

物理現象のシミュレーション・可視化 J. O’Brien等 (Univ.California, Berkeley) 弾性のあるものの変形アニメーション 有限要素法を使う →弾性(しなやかさ) 　　破壊プロセスと相互作用を考慮 2006/04/10 Computer Graphics

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ＣＧと実写映像との融合 2006/04/10 Computer Graphics

医用情報処理 CT（Computer Tomography）, MRI (Magnetic Resonance Imaging) →　人体内部情報の3次元表示 Visible Human Project 脳内組織の可視化 @ Harvard Univ. 2006/04/10 Computer Graphics

Human Atlas : 生体の３次元・４次元人体アトラス（1998，GITI of Waseda Univ） ・ＭＲＩを用いて、健常な２０歳代の男性・女性を計測　→　全身像を三次元再構築 ・利用者が必要とする任意の部分の断層像をその三次元的な位置を確認しながら選択可能。 ・拍動による心臓や心内腔の動きなど（四次元データ）も表示可能。 Human Atlasの外観 Female Male 2006/04/10 Computer Graphics

視覚と触覚情報を融合した仮想手術シミュレーション Virtual Surgery with Visual and Haptic Feedbacks Anastomosis Simulator （血管縫合手術シミュレータ） Stereo Glasses Realtime 3D Image Knee Anthroscopy Simulator （膝関節鏡検査シミュレータ） 3D Image Articulated leg （Boston Dynamics社，USA） 2006/04/10 Computer Graphics

ＣＧによる診断支援の例：顎運動計測システム Developed by Aoki Lab. Ｃ形アーム 光学的6自由度測定法を採用した非接触型の計測装置（Trymet）を用い、 ３次元計測を行う 時間解像度：10ms 計測システムの外観　 計測原理 点光源はレンズを通過すると、リニアＣＣＤ受光面上に直線の光となって映される １台のカメラで座標の一方向が決定するため、３台のカメラでそれぞれx,y,z軸方向が決まる その直交点としてマーカの３次元位置が推定できる 計測原理図（C形アーム内） 2006/04/10 Computer Graphics

顎運動の可視化による診断支援 ・外から見えない顎運動をＣＴ画像と運動データを統合して可視化 ・形状と機能情報の可視化による診断支援 Developed by Aoki Lab. ・外から見えない顎運動をＣＴ画像と運動データを統合して可視化 ・形状と機能情報の可視化による診断支援 2006/04/10 Computer Graphics

煙の中を見透かし，空間３次元マップをＣＧで生成 Developed by Aoki Lab. 煙に対する透過性を有するレーダ（ミリ波レーダ）　　　 →多方向へ向けながら、煙の中（部屋中を）を計測 Real-time process ※like the vision of a bat 煙の中の様子を表した、３次元マップを作成 →　消防士が煙の中を見透かす HMD上で表示 ３次元マップ 正解画像 2006/04/10 Computer Graphics

Developed by Aoki Lab. 2006/04/10 Computer Graphics

デジタル・アーカイブ（電子保存） 歴史的資料，芸術・美術作品の電子保存 バーチャル・ミュージアム Digital Michelangelo Project @Stanford University Revivals of Neanderthal @東京大学 2006/04/10 Computer Graphics

フォトリアリスティックとノン・フォトリアリスティック フォトリアリスティック・レンダリング（写実的画像生成，PR） 70年代後半～80年代 ありのままを記録（写実性の追及） 光学，物理現象に従う 数式（モデル）どおり ノン・フォトリアリスティック（非写実的画像生成，NPR） 90年代～ 情報を強調，省略して記録 描画手法は用途に依存 芸術的側面 2006/04/10 Computer Graphics

ＣＧ研究の最前線 ビデオ紹介 SIGGRAPH2005 毎年アメリカで開催されるＣＧ技術が集う最高峰の国際会議 2006/04/10 ＣＧ研究の最前線　ビデオ紹介 SIGGRAPH2005 毎年アメリカで開催されるＣＧ技術が集う最高峰の国際会議 2006/04/10 Computer Graphics

次回講義内容 新入生オリエンテーション合宿のため，休講 4/24 画像の基礎知識 ※高度情報演習1Ａ（ 本日３，４限）にて，関連演習実施 2006/04/10 Computer Graphics