多媒體課件第4章.ppt

1、第4章 多媒體數(shù)據(jù)制作,概述 音頻數(shù)據(jù)的獲取 圖像數(shù)據(jù)的獲取 圖形與動畫制作,4.1 概述,4.1.1 多媒體應(yīng)用軟件的開發(fā)過程 明確使用對象,了解用戶需求； 總體設(shè)計； 選擇開發(fā)方法； 準備多媒體數(shù)據(jù)； 完成系統(tǒng)集成； 測試； 運行與維護。,多媒體節(jié)目特點是以內(nèi)容情節(jié)為導(dǎo)向的， 而其他的軟件如文本處理軟件、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)等一般是工具性的軟件。 用戶需求往往是針對多媒體技術(shù)從內(nèi)容和設(shè)備配置方面具體要求， 如用戶是否有不使用鼠標和鍵盤而直接通過觸摸屏幕來獲取信息的要求； 系統(tǒng)中是否需要語音和音樂； 數(shù)據(jù)類型中有無圖像、視頻、動畫、字幕的要求；,有兩種方法可供選擇： (1)由開發(fā)人員編碼來實現(xiàn)多媒

2、體節(jié)目； (2)利用多媒體開發(fā)工具來制作多媒體節(jié)目。 前者的優(yōu)點是不需較大的投資， 但需編制大量的程序，維護也不方便； 后者需要一定的投資，但開發(fā)周期短，維護問題少，關(guān)鍵是要選擇一種功能較強價格合理的工具軟件。,當開發(fā)方法確定后，就進入了具體實施階段。實施階段的基本工作是多媒體數(shù)據(jù)的準備。 多媒體節(jié)目里包括音頻、視頻、動畫、靜態(tài)圖像、文字、圖形等多種媒體素材， 這些素材在系統(tǒng)集成之前必須準備好。,制作者通過所選擇的開發(fā)方法將節(jié)目情節(jié)具體化程序化， 并將準備好的多媒體素材按照需要進行編輯加工， 最終集成為一個由程序和數(shù)據(jù)組成的軟件產(chǎn)品。 開發(fā)的節(jié)目往往又記錄在某種介質(zhì)(如CD-ROM)中，便于銷

3、售和使用。,4.1.2 多媒體數(shù)據(jù)獲取方法,多媒體數(shù)據(jù)的準備又包括數(shù)據(jù)的獲取、數(shù)據(jù)的整理、數(shù)據(jù)的編輯加工等階段。 數(shù)據(jù)的整理主要是對采集的媒體數(shù)據(jù)按照指定的方法進行登記與分類，便于后面步驟的使用。 數(shù)據(jù)的編輯加工指的是根據(jù)情節(jié)的要求對媒體數(shù)據(jù)進行剪輯、修改、格式轉(zhuǎn)換等處理，一般通過專門的軟件工具來完成。,1.圖像數(shù)據(jù)獲取方法,購買數(shù)字化的圖像或圖片； 自己動手使用特定軟件創(chuàng)作電子圖像； 用掃描儀將照片、圖片做數(shù)字化處理； 用攝像機或幀捕捉器捕捉視頻畫面并進行數(shù)字化處理； 向有關(guān)單位無償或有償交換拷貝或通過網(wǎng)絡(luò)獲取公開的圖像文件。,2.音頻數(shù)據(jù)獲取方法,最常用的方法是利用錄制設(shè)備錄制音源，然后數(shù)

4、字化處理并存入計算機。 另一種方法就是購買或和有關(guān)部門交換音頻數(shù)據(jù)文件，如大型圖書館、電臺等部門存放有珍貴的名人講話原始錄音，制作者可通過合適途徑獲取。,3.文本和數(shù)據(jù)文件的獲取方法,人工輸入。這是最自然、最易掌握的普遍采用的方法。英文輸入方法比較簡單，中文輸入方法較為復(fù)雜，流行的有幾十種方法。 OCR掃描識別。通過掃描原稿輸入文字數(shù)據(jù)圖表技術(shù)已經(jīng)成熟，市面上有多種產(chǎn)品問世。目前印刷體文本的識別率可達99%以上，手寫體文本識別率一般也能達到75%以上。 購買和交換文本。,4.圖形和動畫的獲取方法,圖形和動畫的視覺效果是由人類創(chuàng)作設(shè)計的虛幻的或仿真的畫面所表現(xiàn)的，它表達了人類對空間和物體的主觀認

5、識。 圖形和動畫的獲取以用戶制作為主要途徑，有時也可通過購買或交換得到 。,4.2.1 音頻數(shù)據(jù),多媒體的音頻制作可以包括制作聲音、編輯聲音及將聲音融入節(jié)目等工作。 計算機處理的音頻種類通常包括波形音頻和MIDI音頻。,4.2 音頻數(shù)據(jù),1. 波形音頻 1）聲音的概念 聲音是由物體振動產(chǎn)生，正在發(fā)聲的物體叫聲源。 聲音有質(zhì)量，但無重量。,2）聲音的要素 響度：人主觀上感覺聲音的大小，由振幅決定，單位是分貝（dB）； 音調(diào)：聲音的高低，由頻率決定； 音色：聲音的特性，由發(fā)聲物體本身材料、結(jié)構(gòu)決定。,3）聲音的頻率分類,4）聲音的質(zhì)量等級 CD-DA質(zhì)量：10Hz20KHz FM質(zhì)量：20Hz15

6、KHz AM質(zhì)量：50Hz7KHz Tele質(zhì)量：200Hz3400Hz FM：Frequency Modulation 調(diào)頻，一般廣播； AM：Amplitude Modulation 調(diào)幅，分為：SW（短波）、MW（中波）、LW（長波）,5）聲音的波形,6）數(shù)字音頻 （1） 采樣：通過規(guī)則的時間間隔測出音波振動的幅度從而產(chǎn)生一系列聲音數(shù)據(jù)。這種測出數(shù)據(jù)的方法稱之為采樣，一秒內(nèi)采樣的次數(shù)便叫采樣率，其單位也為Hz。 標準采樣頻率： 11.025KHz 22.05KHz：FM廣播聲音品質(zhì) 44.1KHz：CD聲音品質(zhì) 48KHz：DVD、專業(yè)聲音品質(zhì),（2） 量化：采樣的離散音頻數(shù)據(jù)要轉(zhuǎn)換成計

7、算機能夠表示的數(shù)據(jù)范圍，這個過程稱之為量化。量化等級取決于計算機能用多少位表示一個音頻數(shù)據(jù)。 量化位數(shù)有8位、16位、32位。 （3）聲道數(shù) 一次采樣的聲音個數(shù)。,7）波形音頻信號的處理過程,4.2.2、MIDI 音頻,MIDI(Musical Instrument Digital Interface)它是一項工業(yè)產(chǎn)品的通信標準，于1980年制定的。目的是讓音樂及合成音可以經(jīng)由一串消息在不同的設(shè)備上交流傳輸。 MIDI提供了計算機外部的電子樂器與計算機內(nèi)部之間的連接器接口。這種連接接口定義物理連接與電子樂器溝通的協(xié)議。MIDI也定義音頻的形態(tài)與存儲的方法。MIDI的音頻是以消息的方式而非波形的

8、方式組成。 MIDI有三種連接器(In、Out、Thru)。In為輸入， Out為輸出，而Thru是用來擴充MIDI與其他設(shè)備連接用的。,MIDI鍵盤：針對專業(yè)音樂創(chuàng)作演奏，用于創(chuàng)作MIDI音樂； MIDI文件：一種數(shù)據(jù)文件，但包含的是音樂信息。文件儲存的是MIDI資料和指令，這些資料和命令在不同樂器間傳遞并互相控制。二進制文件。 MIDI消息：MIDI文件的內(nèi)容，由一個8位的狀態(tài)字節(jié)跟著2個數(shù)據(jù)字節(jié)組成。分為通道消息（聲源消息和方式消息）和系統(tǒng)消息（公共消息、實時消息和獨占消息）,1、關(guān)于MIDI的一些概念,音序器（Sequencer）：一款音樂制作軟件。音序器的任務(wù)就是記錄下人的旨意，實際

9、上就是記錄了音樂的基本要素速度，節(jié)奏，音色，音符的時值等等，這樣在播放的過程中，音序器就會根據(jù)其內(nèi)容指揮音源在什么時候用什么音色發(fā)多長的音，這樣我們就能聽到一首動聽的歌曲了。 合成器（Synthesizer）：通過人為調(diào)制各種波的參數(shù)，自己合成音色。由音源、音序器和MIDI鍵盤組成。 MIDI 標準 GS（General Synthesizer）：通用合成器。 GM（General MIDI Mode） KG（Extended GM）,圖4.2 MIDI的In與Out連接器,2、MIDI音頻文件,MIDI音頻文件是一串的時序命令，它記錄下音樂的行為。 命令消息分為頻道消息(頻道聲音消息、頻道模

10、式消息)和系統(tǒng)消息(系統(tǒng)實時消息、系統(tǒng)通用消息與系統(tǒng)專用消息)。它是以某一種樂器的發(fā)聲為其數(shù)據(jù)記錄的基礎(chǔ)。 它的文件占用很少的存儲器空間，且可以做細部的修改，如修改節(jié)拍等。其聲音效果不會因改變節(jié)拍而變調(diào)。 MIDI不適合編制口語旁白的音頻。,3、MIDI音樂的產(chǎn)生過程,4、MIDI音頻的特點,（1） 文件小 （2） 容易編輯 （3） 適宜做背景音樂 （4） 音質(zhì)較單調(diào) 適用范圍有限 。,4.2.3、音頻編輯軟件,若要在多媒體節(jié)目中加入完整的音頻，則必須有賴于編輯聲音的軟件及PC上加裝音頻卡。 音頻編輯軟件一般包括下列各種工具或功能： (1)菜單條 (2)控制板 (3)顯示板 (4)剪輯板,1、

11、 數(shù)字音頻編輯工具,Microsoft提供的“錄音機”， 使用它可以錄制、播放、編輯Microsoft的波形數(shù)字音頻。,圖4.3 Windows Recorder的功能界面,2、 cooledit,4.3 圖像數(shù)據(jù)的獲取,圖像分為靜止的圖像(通常稱圖像)和活動的視頻。 靜止圖像通常是以位映射方法來表示每一點的數(shù)據(jù)矩陣。許多位圖均為24位， 它可表達上百萬種顏色(224)。 靜止圖像的編輯軟件常見有Photoshop、ColorIt、Photostyler、Picture Publisher等工具軟件。它們和繪圖軟件有許多地方類似， 但在畫質(zhì)上較為講究， 功能也較多些。增加的功能包括顏色的選擇，

12、如15位或24位顏色深度，并增加了光源、調(diào)色等功能。,4.3.1 圖像數(shù)據(jù),圖像是由光線照射在物體上面，反映在照相機或攝像機鏡頭上，這種反射的光便形成電子信號。這些信號可分3種顏色的合成，即RGB三色。 圖像保存在影片上或計算機的存儲器上時，便是以幀來組織的，一般一秒之內(nèi)可以形成24至30幀，幀越多畫質(zhì)與圖像的轉(zhuǎn)變愈平滑。,4.3.2 圖像處理軟件,Photoshop是美國Adobe公司開發(fā)的用戶制作處理靜態(tài)圖像常常使用的軟件。 特點是： 可完成復(fù)雜的圖像修改、合成、濾鏡和掃描等各種操作； 支持大量的流行的圖像文件格式， 如TIFF、TGA、PCX、GIF、BMP等格式， 并很容易文件格式轉(zhuǎn)換

13、。,圖4.4 Photoshop的功能界面,Photoshop的功能,(1) 掃描圖像 (2) 色彩調(diào)整（色度、飽和度和亮度） (3) 選擇和蒙版（魔術(shù)棒、圖形、套索工具） (4) 圖像變換和修飾（旋轉(zhuǎn)、拉伸、傾斜，改變分辨率和大小。） (5) 繪畫和繪圖（噴槍、畫筆、文字工具組，還可隨意設(shè)置畫筆的參數(shù)。 (6) 通道（顏色通道和Alpha通道） (7) 圖層（將一幅復(fù)雜的圖像分成若干層） (8) 用濾鏡制作特效 (9) 文字 (10) 打印圖像,4.3.3 活動視頻數(shù)據(jù)采集,活動視頻數(shù)據(jù)采集可通過專用的實時視頻捕捉卡來完成，如C-Cube公司基于CL550視頻采集卡可制作實時視頻圖像數(shù)據(jù)。

14、實時捕捉卡價格較昂貴，它對普通用戶難以承受。如何用普通視頻卡(如Video Blaster)完成活動視頻數(shù)據(jù)捕捉是用戶關(guān)注的問題。Microsoft推出Video for Windows 即為滿足上述要求的一個工具軟件。,數(shù)字視頻處理軟件Premiere,Premiere軟件可以配合多種硬件進行視頻采集和輸出，提供各種精確的視頻編輯工具，并能產(chǎn)生廣播級質(zhì)量的視頻文件。它利用數(shù)字方式對數(shù)字化的視頻信息進行編輯處理，可以為視頻節(jié)目增添各種特技視頻效果。 基本功能： 可以實時采集視頻信號，采集精度取決于視頻卡和PC機的功能，數(shù)據(jù)格式為AVI；將多種媒體數(shù)據(jù)綜合處理為一個視頻文件；具有多種活動圖像的特

15、技處理功能；可以配音或者疊加文字和圖像。,Premiere編輯數(shù)字視頻的過程： 1）創(chuàng)建視頻編輯工程； 2）輸入要編輯的各個視頻段、音頻段或圖像，并瀏覽； 3）對各個視頻段或圖像應(yīng)用過渡方法； 4）對視頻片段使用圖像濾波； 5）設(shè)計畫面運動方式； 6）預(yù)覽編輯后視頻效果； 7）滿意后生成最終電影文件存盤。,4.4.1 圖形數(shù)據(jù),1、計算機圖形學(xué) 計算機圖形學(xué)是研究怎樣用計算機生成、處理和顯示圖形的一門學(xué)科。 它著重討論怎樣將數(shù)據(jù)和幾何模型變成可視的圖像； 或?qū)ψ匀唤缫汛嬖趯ο笸ㄟ^獲取相關(guān)數(shù)據(jù)建立幾何模型生成的圖像， 以便于分析處理。 為了生成圖形，首先要有原始數(shù)據(jù)或數(shù)學(xué)模型，數(shù)字化的輸入經(jīng)計算

16、機處理后變成圖形輸出。,4.4 圖形和動畫的制作,2、圖形和圖像的區(qū)別 圖形： 由顯示芯片運行生成的幾何圖形或幾何圖形的集合，或由外部輪廓線條構(gòu)成的矢量圖。 可任意放縮不失真，基于矢量。3d Max 圖像： 已經(jīng)通過軟硬件處理過的圖形，由掃描儀、攝像機等輸入設(shè)備捕捉實際的畫面產(chǎn)生的數(shù)字圖像，由像素點陣構(gòu)成的位圖，不能隨便縮放。,3、通過圖形技術(shù)可制作文字、圖形和動畫 在多媒體數(shù)據(jù)中，無法從客觀世界直接攝取的可視信息，就可用圖形技術(shù)來制作，這些數(shù)據(jù)主要包括文字、圖形、動畫。 圖形包括二維空間及三維空間圖形， 其中二維圖形僅能表現(xiàn)圖形中各部分簡單的位置關(guān)系。 三維圖形經(jīng)真實感處理， 將使圖形能表達

17、出空間、位置、材質(zhì)、明暗等接近自然的真實感效果。 動畫是圖形對象賦予運動屬性后制作的連續(xù)畫面效果，需要專門的軟件工具制作。,4.4.2 計算機動畫,計算機動畫(computer animation)是用計算機生成一系列可供實時演播的連續(xù)畫面的技術(shù)，它可把人們的視覺引向一些客觀不存在或做不到東西，并從中得到享受。 計算機動畫是使用計算機作為工具來產(chǎn)生動畫的技術(shù)，計算機在動畫制作過程中起著大量的不同的作用，表現(xiàn)在畫面創(chuàng)建、著色、錄制、特技剪輯、后期制作等各個環(huán)節(jié)。,1.歷史與發(fā)展,1831年，法國人Joseph Antoine Plateau利用視覺滯留原理發(fā)明了一種稱之為“詭盤”的機器創(chuàng)造了運動

18、畫面的幻覺。第一部動畫片是1906年由美國人J. Steward Blackton 制作的， 名字叫“Humorous Phases of Funny Face” 。 1909年美國制作第一部卡通片；1915年引入Cel動畫技術(shù)；1928-1938，Disney時代，米老鼠、唐老鴨風(fēng)靡一時。 1963年，BELL實驗室制作第一部動畫片。,20 世紀60年代，二維計算機動畫發(fā)展時期。 20 世紀70年代，動畫片屢屢獲獎；三維動畫系統(tǒng)是研究重心。 20 世紀80年代后期，隨著以SGI為代表的高性能圖形工作站出現(xiàn)以及圖形學(xué)理論的飛速發(fā)展，推出了一批可生成具有高度真實感的實用化、商品化的三維動畫系統(tǒng)。

19、 20 世紀90年代后，計算機動畫在影視制作方面取得輝煌成就。,我國的計算機動畫的研究與應(yīng)用雖然起步較晚，舉辦1990年亞運會時，開始有所起步。 20 世紀90年代發(fā)展很快，一些大學(xué)和科研 單位相繼開展計算機動畫的研究工作，縮短了與國際上的差距，有些領(lǐng)域的工作在國際上產(chǎn)生一定的影響。 在應(yīng)用方面，以電視片頭、卡通片、動畫廣告制作為重點，在社會上產(chǎn)生了動畫熱。 目前我國的動畫研究水平逐步縮短了與國際差距，越來越多的學(xué)者活躍于國際學(xué)術(shù)界。,2.計算機動畫制作過程,3.計算機二維動畫的制作過程,設(shè)計腳本 繪制手稿 攝取手稿圖像 將圖像轉(zhuǎn)換成透明畫面 制作關(guān)鍵幀畫面（key frame） 實時演示 渲

20、染 定位到文件 動畫的錄制,4.計算機三維動畫的制作過程,設(shè)計腳本 預(yù)處理：將外部的各種形式的資料輸送到計算機，主要包括造型來源和圖像來源。 造型 材質(zhì)：包括材質(zhì)的基本屬性的調(diào)整和紋理貼圖的調(diào)整。,用光：聚光燈、球境光、平行光 運動的設(shè)定：關(guān)鍵幀法、插值法、變形法、關(guān)節(jié)法 渲染 動畫演示 后處理 動畫的錄制,5.計算機動畫研究內(nèi)容,運動控制方法 動畫描述模型與動畫語言 中間畫面的生成技術(shù) 三維動畫中的物體造型技術(shù) 動畫繪制技術(shù),(1)運動控制方法,計算機動畫中用于控制動畫物體隨時間而運動或變化的運動控制模型主要有： 運動學(xué)方法；(起點，終點，時間) 物理推導(dǎo)方法；(受力分析) 隨機方法；(分形

21、，粒子系統(tǒng)) 行為規(guī)則方法；(角色分類，行為規(guī)則) 自動運動控制方法等。(人工智能，機器人),運動學(xué)方法：運動通過幾何變化來描述，在運動的生成中不使用物體的物理性質(zhì)。 動力學(xué)方法：應(yīng)用物理定律推導(dǎo)物體的運動，運動是用物體的質(zhì)量、慣量、作用在物體的內(nèi)部外部力力矩以及運動環(huán)境中其它物理性質(zhì)來計算的，有時還要使用反向動力學(xué)方法從物體終結(jié)狀態(tài)推出物理學(xué)方程，從而確定運動過程。 隨機方法：描述不規(guī)則的隨機運動所采用的、在造型和運動過程中使用隨機擾動的一種方法 行為規(guī)則方法 自動運動控制,粒子系統(tǒng)： 一種模擬不規(guī)則模糊物體的景物生成方法。 在粒子系統(tǒng)中，造型和動畫是一個有機的整體，一個物體由一系列的粒子表

22、示，每個粒子在動畫中都要經(jīng)歷“出生”、“生長”、“死亡”三個階段。動畫師不僅可以控制粒子的數(shù)量和運動速度，同時還可以控制粒子的幾何形狀和視覺效果。 粒子系統(tǒng)用下面方法生成動畫： 產(chǎn)生新的粒子并把它們加入到當前的畫面中。 賦予每個粒子一定的屬性。 刪除已經(jīng)死亡的粒子。 根據(jù)粒子的屬性對粒子進行移位或變換。 繪制當前存活的所有粒子。,3D Studio MAX 非常吸引人的一項功能就是它的粒子系統(tǒng)，在模仿自然現(xiàn)象、物理現(xiàn)象及空間扭曲上具有得天獨厚的優(yōu)勢。粒子系統(tǒng)可以通過空間扭曲控制粒子的行為，增強物理現(xiàn)象的真實性，結(jié)合空間扭曲能對粒子流造成引力、阻擋、風(fēng)力等仿真影響。它幾乎可以模擬任何富于聯(lián)想的三

23、維效果，如煙云、火花、爆炸、暴風(fēng)雪或者瀑布。 Particle Systems( 粒子系統(tǒng) )” Spray （噴射）、 Snow （雪）、 Blizzard( 暴風(fēng)雪 ) 、 PArray （粒子陣列）、 Pcloud （粒子云霧）和 SuperSpray( 超級噴射 ) 。,L系統(tǒng)：一種研究植物形態(tài)與生長的描述方法。L系統(tǒng)的本質(zhì)是一個重寫系統(tǒng)，通過對植物對象生長過程的經(jīng)驗式概括和抽象，初始狀態(tài)與描述規(guī)則，進行有限次迭代，生成字符發(fā)展序列以表現(xiàn)植物的拓撲結(jié)構(gòu)，并對產(chǎn)生的字符串進行幾何解釋，就能生成非常復(fù)雜的分形圖形。 植物生長的過程： 莖干破土而出。 莖干上向四周外長出一些小樹枝。 一部分小

24、樹枝上又長出一些小樹枝。 小樹枝上長出一些樹葉。,(2)動畫描述模型與動畫語言,用戶和動畫系統(tǒng)的交互方式是評價動畫系統(tǒng)的重要因素之一，這種交互方式的抽象層次和自然語言化程度主要依賴于動畫描述模型的影響。 對動畫描述較有影響的描述模型有面向?qū)ο蠓椒?，角色理論，記號系統(tǒng)，時間軸描述，基于時序算子的描述，基于知識的描述等。 基于動畫描述模型開發(fā)的動畫描述語言主要有3類： 記號語言(動作編碼)；通用語言(擴展的流行語言)；圖形語言(專門設(shè)計)。,(3) 中間畫面的生成技術(shù),動畫的中間畫面的生成主要有3種途徑： 關(guān)鍵幀方法；指角色或者物體運動或變化中的關(guān)鍵動作所處的那一幀。關(guān)鍵幀與關(guān)鍵幀之間的動畫可以由軟件來創(chuàng)建，叫做過渡幀或者中間幀。