分形圖形在電影中的應(yīng)用

引言

電影是一種以現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)為手段，以畫面和聲音為媒介．通過在特定銀幕時(shí)空中創(chuàng)造出來的連續(xù)性影像表述一個(gè)完整主題的藝術(shù)。電影是一個(gè)融會(huì)文學(xué)、繪畫、音樂、建筑、色彩、光線等一系列藝術(shù)因素和科研成果的載體。電影藝術(shù)本身就具有跨學(xué)科性質(zhì)。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是借助計(jì)算機(jī)來顯示、生成和處理圖形的藝術(shù)和科學(xué)。它是一個(gè)發(fā)展最快、應(yīng)用最廣泛的計(jì)算機(jī)學(xué)科，已經(jīng)沒有哪個(gè)領(lǐng)域不能從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這一強(qiáng)大工具中受益。

分形是20世紀(jì)70年代興起的非線性學(xué)科的新的分支。它是研究自然界中常見的、不規(guī)則的、變化莫測(cè)的現(xiàn)象的科學(xué)。分形被稱為大自然的幾何學(xué)。通過分形幾何可以輕易地模擬自然景物。

分形在與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)結(jié)合的過程中，體現(xiàn)出優(yōu)越的應(yīng)用前景，也常常被應(yīng)用在電影領(lǐng)域中。

分形結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的應(yīng)用

畫面是電影最重要的組成部分，在人類使用感覺器官感知外部世界的過程中，80％的信息由視覺獲取。電影與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的結(jié)合．解放了傳統(tǒng)視覺表現(xiàn)手法局限的電影制作人員的思維．不僅把電影制作過程中的不可能變?yōu)榭赡埽€取代了原本需要耗費(fèi)大量財(cái)力、人力才能完成的工作。運(yùn)用以計(jì)算機(jī)圖形學(xué)生成的藝術(shù)圖形是電影為劇情需要以及為達(dá)到所需的視覺效果的一種有力手段。

從1986年獲奧斯卡獎(jiǎng)的第一個(gè)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫短片《Tin Toy》誕生至今，無論是如《指環(huán)王》、《星球大戰(zhàn)》等國(guó)外大型科幻電影，還是國(guó)產(chǎn)電影。古裝戲中的千軍萬馬、巨型宮殿，無不采用計(jì)算機(jī)圖形的方法制作生成。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)既是一門復(fù)雜的綜合性新興科學(xué)。也是建立在傳統(tǒng)的圖學(xué)理論、現(xiàn)代數(shù)學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)上的一門邊緣學(xué)科。計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的研究對(duì)象是圖形，研究范圍包括一切從客觀世界物體中抽象出來的帶有顏色及形狀信息的圖和形。

傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，各種人造物體表示都用歐式幾何方法，即，物體形狀由方程來描述，這些方法適用于討論加工過的物體：有光滑的表面和規(guī)則形狀。但自然景物，如山脈、巖石、星體、云等，是不規(guī)則的粗糙的，歐式幾何只能將圖形細(xì)分成規(guī)則形狀，再拼裝起來，不能真實(shí)模擬這些物體。

自然景物可以用分形幾何方法來真實(shí)地描述，使用過程而不是使用方程來對(duì)物體建模。過程描繪的物體其特征遠(yuǎn)不同于用方程描繪的物體。物體的分形幾何表示可用于很多領(lǐng)域來描述和解釋自然現(xiàn)象特征。應(yīng)用分形結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的實(shí)現(xiàn)，使那些原本用傳統(tǒng)方法不能或者難以逼真實(shí)現(xiàn)的畫面變得簡(jiǎn)單可能、逼真形象。

應(yīng)用分形幾何方法結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的圖形實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

如果放大一連續(xù)的歐式幾何，不管其多復(fù)雜，最終可得出光滑的圖象。但若在分形物體如海岸線、樹葉和云中放大，則連續(xù)地看到如同在整體中出現(xiàn)的更多的細(xì)節(jié)。

分形物體具有自相似性。我們用一個(gè)過程來描述分形物體。該過程為產(chǎn)生物體局部細(xì)節(jié)指定一重復(fù)操作。盡管分形物體從定義上看具有無限細(xì)節(jié)，即分形物體無確定大小，需要用無限次的過程來表示，但在實(shí)現(xiàn)中僅用有限步過程生成。在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中，我們通過在空間區(qū)域內(nèi)對(duì)圖形重復(fù)使用一變換函數(shù)來生成分形圖形。

變換函數(shù)可以應(yīng)用于給定的集合，或者應(yīng)用于基本元素的初始集上。每次重復(fù)時(shí)，我們可采用固定或隨機(jī)的生成過程和靈活的變換函數(shù)．包括幾何變換、非線性變換或決策參數(shù)，使得實(shí)現(xiàn)的分形千變?nèi)f化。

計(jì)算機(jī)圖形學(xué)由數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、圖形算法和語言構(gòu)成。專業(yè)人員了解了分形圖形的生成原理，可應(yīng)用多種算法實(shí)現(xiàn)分形圖形。如遞歸算法是根據(jù)分形生成原理設(shè)計(jì)的：運(yùn)用生成規(guī)則來描述物體形狀的L系統(tǒng)，其核心是迭代重寫。可以有效模擬植物、樹和森林場(chǎng)景。

對(duì)于直接生成3D分形圖，應(yīng)用遞歸算法原則。可采用隨機(jī)中點(diǎn)位移法和分形插值算法。它們能夠逼真實(shí)現(xiàn)山和云等自然景觀，且生成體具有自相似性和精細(xì)結(jié)構(gòu)。

還有許多專用的分形軟件如fractint、Iterations等都可以簡(jiǎn)單快捷的生成美麗的2D分形圖，以彌補(bǔ)相關(guān)專業(yè)知識(shí)的不足。無論是這些2D分形圖本身，還是以它們?yōu)榛A(chǔ)，運(yùn)用一些常見的3D圖形處理軟件生成的3D圖，都可以進(jìn)一步運(yùn)用到電影制作中。用于模擬自然景觀和物體表面紋理。

分形圖形有多種分類，其中統(tǒng)計(jì)自相似分形可用于模擬樹、灌木和其它植物。而巖層、水和云的實(shí)現(xiàn)則是使用隨機(jī)仿射分形構(gòu)造的典型例子。

即使是諸如科幻、3D和動(dòng)漫電影中的影像，也并全不是天馬行空、胡思亂想的．它需要符合審美和一定程度上的現(xiàn)實(shí)世界景象。分形已經(jīng)越來越被證明是能夠有效模擬現(xiàn)實(shí)中自然現(xiàn)象的好方法。

結(jié)語

(1)電影是源自生活的大眾化藝術(shù)，它本身融會(huì)了許多藝術(shù)與科學(xué)的元素。為了滿足電影劇情需要。達(dá)到視覺效果。人們借助計(jì)算機(jī)圖形學(xué)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)方法不可能或者難以完成的影響。

(2)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是借助計(jì)算機(jī)研究圖形的科學(xué)，它被應(yīng)用到幾乎所有領(lǐng)域當(dāng)中。傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，用歐式幾何描述所有的物體。但面對(duì)大自然中許多不規(guī)則的、粗糙的對(duì)象則顯得蒼白無力。

(3)分形被稱為大自然的幾何學(xué)，能夠逼真的描繪自然界中許多景物。結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)，探討了分形的實(shí)現(xiàn)原理和方法。分形結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的廣泛應(yīng)用，已經(jīng)越來越有力地被證明。