分形圖形在電影中的應用

引言

電影是一種以現代科學技術為手段，以畫面和聲音為媒介．通過在特定銀幕時空中創造出來的連續性影像表述一個完整主題的藝術。電影是一個融會文學、繪畫、音樂、建筑、色彩、光線等一系列藝術因素和科研成果的載體。電影藝術本身就具有跨學科性質。

計算機圖形學是借助計算機來顯示、生成和處理圖形的藝術和科學。它是一個發展最快、應用最廣泛的計算機學科，已經沒有哪個領域不能從計算機圖形學這一強大工具中受益。

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

分形在與計算機圖形學結合的過程中，體現出優越的應用前景，也常常被應用在電影領域中。

分形結合計算機圖形學的應用

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。電影與計算機圖形學的結合．解放了傳統視覺表現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為可能，還取代了原本需要耗費大量財力、人力才能完成的工作。運用以計算機圖形學生成的藝術圖形是電影為劇情需要以及為達到所需的視覺效果的一種有力手段。

從1986年獲奧斯卡獎的第一個計算機動畫短片《Tin Toy》誕生至今，無論是如《指環王》、《星球大戰》等國外大型科幻電影，還是國產電影。古裝戲中的千軍萬馬、巨型宮殿，無不采用計算機圖形的方法制作生成。

計算機圖形學既是一門復雜的綜合性新興科學。也是建立在傳統的圖學理論、現代數學和計算機科學基礎上的一門邊緣學科。計算機圖形學的研究對象是圖形，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。

傳統的計算機圖形學中，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：有光滑的表面和規則形狀。但自然景物，如山脈、巖石、星體、云等，是不規則的粗糙的，歐式幾何只能將圖形細分成規則形狀，再拼裝起來，不能真實模擬這些物體。

自然景物可以用分形幾何方法來真實地描述，使用過程而不是使用方程來對物體建模。過程描繪的物體其特征遠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域來描述和解釋自然現象特征。應用分形結合計算機圖形學的實現，使那些原本用傳統方法不能或者難以逼真實現的畫面變得簡單可能、逼真形象。

應用分形幾何方法結合計算機圖形學的圖形實現及應用

如果放大一連續的歐式幾何，不管其多復雜，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，則連續地看到如同在整體中出現的更多的細節。

分形物體具有自相似性。我們用一個過程來描述分形物體。該過程為產生物體局部細節指定一重復操作。盡管分形物體從定義上看具有無限細節，即分形物體無確定大小，需要用無限次的過程來表示，但在實現中僅用有限步過程生成。在計算機圖形學中，我們通過在空間區域內對圖形重復使用一變換函數來生成分形圖形。

變換函數可以應用于給定的集合，或者應用于基本元素的初始集上。每次重復時，我們可采用固定或隨機的生成過程和靈活的變換函數．包括幾何變換、非線性變換或決策參數，使得實現的分形千變萬化。

計算機圖形學由數據結構、圖形算法和語言構成。專業人員了解了分形圖形的生成原理，可應用多種算法實現分形圖形。如遞歸算法是根據分形生成原理設計的：運用生成規則來描述物體形狀的L系統，其核心是迭代重寫。可以有效模擬植物、樹和森林場景。

對于直接生成3D分形圖，應用遞歸算法原則?？刹捎秒S機中點位移法和分形插值算法。它們能夠逼真實現山和云等自然景觀，且生成體具有自相似性和精細結構。

還有許多專用的分形軟件如fractint、Iterations等都可以簡單快捷的生成美麗的2D分形圖，以彌補相關專業知識的不足。無論是這些2D分形圖本身，還是以它們為基礎，運用一些常見的3D圖形處理軟件生成的3D圖，都可以進一步運用到電影制作中。用于模擬自然景觀和物體表面紋理。

分形圖形有多種分類，其中統計自相似分形可用于模擬樹、灌木和其它植物。而巖層、水和云的實現則是使用隨機仿射分形構造的典型例子。

即使是諸如科幻、3D和動漫電影中的影像，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實世界景象。分形已經越來越被證明是能夠有效模擬現實中自然現象的好方法。

結語

(1)電影是源自生活的大眾化藝術，它本身融會了許多藝術與科學的元素。為了滿足電影劇情需要。達到視覺效果。人們借助計算機圖形學實現傳統方法不可能或者難以完成的影響。

(2)計算機圖形學是借助計算機研究圖形的科學，它被應用到幾乎所有領域當中。傳統的計算機圖形學，用歐式幾何描述所有的物體。但面對大自然中許多不規則的、粗糙的對象則顯得蒼白無力。

(3)分形被稱為大自然的幾何學，能夠逼真的描繪自然界中許多景物。結合計算機圖形學，探討了分形的實現原理和方法。分形結合計算機圖形學的廣泛應用，已經越來越有力地被證明。