計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作與技術(shù)

前言

　　雖然目前市場(chǎng)上有關(guān)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的書籍較多，但系統(tǒng)介紹計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作方法、從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的角度認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)原理的大學(xué)基礎(chǔ)教材相當(dāng)缺乏。常見的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫書籍大多是圍繞著某個(gè)熱門的二維或三維動(dòng)畫制作軟件展開討論，通過(guò)一個(gè)個(gè)的制作實(shí)例或軟件模塊功能介紹，引導(dǎo)讀者熟悉軟件的具體使用方法。另外，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)是計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的技術(shù)基礎(chǔ)，但目前市場(chǎng)上缺少把計(jì)算機(jī)動(dòng)畫與計(jì)算機(jī)圖形學(xué)有機(jī)結(jié)合起來(lái)的書籍，動(dòng)畫書籍往往只介紹軟件命令和操作方法，而計(jì)算機(jī)圖形學(xué)書籍只介紹圖形學(xué)原理，計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)原理的內(nèi)容涉及不多，也很少與主流的動(dòng)畫軟件掛鉤?！　”緯菫橛耙暋?shù)字媒體、動(dòng)畫及游戲等專業(yè)的大學(xué)生學(xué)習(xí)“計(jì)算機(jī)動(dòng)畫基礎(chǔ)”課程而編寫的教材。筆者長(zhǎng)期從事計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的科研和教學(xué)工作，由于在講授“計(jì)算機(jī)動(dòng)畫基礎(chǔ)”課程時(shí)找不到合適的教材，便自己編寫了講義，實(shí)際使用效果良好。本書在自編講義的基礎(chǔ)上進(jìn)行大幅度修改、補(bǔ)充和完善，參考國(guó)內(nèi)外眾多優(yōu)秀的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教材，以及大量的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫研究論文和資料，系統(tǒng)介紹了二維和三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的制作方法，并采用通俗易懂的方式講解計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的基本技術(shù)原理，以大量篇幅敘述了近年來(lái)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在計(jì)算機(jī)動(dòng)畫領(lǐng)域的研究成果和實(shí)際應(yīng)用?！　≡煨?、動(dòng)畫控制和渲染是計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的核心技術(shù)，是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的重要研究?jī)?nèi)容，而計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作軟件正是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)在動(dòng)畫領(lǐng)域研究成果的體現(xiàn)。有別于一般的動(dòng)畫制作培訓(xùn)課程，作為一門大學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，“計(jì)算機(jī)動(dòng)畫基礎(chǔ)”并沒(méi)有把所有的課時(shí)都放在學(xué)習(xí)動(dòng)畫軟件的具體操作上，而是在學(xué)習(xí)二維和三維動(dòng)畫基本制作技巧的同時(shí)，注重二維動(dòng)畫與三維動(dòng)畫、傳統(tǒng)動(dòng)畫與計(jì)算機(jī)動(dòng)畫、計(jì)算機(jī)動(dòng)畫系統(tǒng)硬件與軟件的有機(jī)結(jié)合，力圖從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的角度來(lái)解釋計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的技術(shù)原理。課程的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)主要介紹傳統(tǒng)動(dòng)畫制作流程，二維和三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的基本概念，并結(jié)合制作實(shí)例講解實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的主要技術(shù)，包括計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的基本概念、物體造型、運(yùn)動(dòng)控制、動(dòng)畫仿真、圖形繪制和真實(shí)感處理等內(nèi)容。實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)著重二維動(dòng)畫軟件Animo、三維動(dòng)畫軟件3dsMax的使用和動(dòng)畫制作，不僅讓學(xué)生掌握二維動(dòng)畫和三維動(dòng)畫的基本制作方法，更重要的是借助制作實(shí)例加深對(duì)課堂理論知識(shí)的理解。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以比較全面地了解傳統(tǒng)動(dòng)畫及計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的制作方法和技術(shù)原理，為后續(xù)的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫課程和軟件開發(fā)打下較為扎實(shí)的基礎(chǔ)。　　本書分制作篇和技術(shù)篇兩大部分，希望讀者結(jié)合動(dòng)畫制作中的實(shí)際體驗(yàn)來(lái)理解計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的技術(shù)原理。本書內(nèi)容的這種安排，不同于一般的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作書籍，也有別于經(jīng)典的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教科書，力圖給讀者提供一本既能夠掌握計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的基本制作方法，又能夠通俗易懂地了解計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)原理的參考書。

內(nèi)容概要

《計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作與技術(shù)》分制作篇和技術(shù)篇兩大部分。制作篇主要介紹傳統(tǒng)動(dòng)畫、二維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫和三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的制作方法，以及計(jì)算機(jī)動(dòng)畫系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和制作軟件。技術(shù)篇結(jié)合制作實(shí)例，從計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的角度分析實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的技術(shù)原理，包括物體造型、運(yùn)動(dòng)控制、動(dòng)畫仿真、圖形繪制和真實(shí)感處理等內(nèi)容，基本涵蓋了計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的各個(gè)主要技術(shù)。    作為計(jì)算機(jī)動(dòng)畫軟件的使用者，不但需要掌握嫻熟的制作技巧，還應(yīng)該熟悉計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的實(shí)現(xiàn)原理，理解制作過(guò)程中的各種操作、命令的技術(shù)含義，這無(wú)疑將大大提高動(dòng)畫創(chuàng)作人員的技術(shù)水平?！队?jì)算機(jī)動(dòng)畫制作與技術(shù)》一書將計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作技巧與技術(shù)原理有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，不同于常見的計(jì)算機(jī)動(dòng)畫制作書籍，也有別于經(jīng)典的計(jì)算機(jī)圖形學(xué)教科書，給讀者提供了一本既能夠掌握計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的基本制作方法，又可以通俗易懂地學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)原理的參考書。    本書在作者多年來(lái)為大學(xué)本科生講授“計(jì)算機(jī)動(dòng)畫基礎(chǔ)”課程的基礎(chǔ)上編寫而成，適合作為影視、數(shù)字媒體、動(dòng)畫、游戲等專業(yè)的教材，也可用作影視、廣告、動(dòng)畫創(chuàng)作人員和軟件開發(fā)人員的技術(shù)參考書。

書籍目錄

制作篇　第1章  動(dòng)畫基礎(chǔ)知識(shí)  　1.1  動(dòng)畫的基本概念  　1.2  動(dòng)畫的類型   　 1.2.1  傳統(tǒng)動(dòng)畫    　1.2.2  計(jì)算機(jī)動(dòng)畫  　1.3  傳統(tǒng)筆繪動(dòng)畫的制作    　1.3.1  前期制作    　1.3.2  中期制作    　1.3.3  后期制作  　1.4  傳統(tǒng)偶動(dòng)畫的制作　  1.5  計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的制作　    1.5.1  二維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的制作　    1.5.2  三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的制作　  1.6  實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的關(guān)鍵技術(shù)　  1.7  計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的應(yīng)用與發(fā)展　    1.7.1  計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的應(yīng)用　    1.7.2  計(jì)算機(jī)動(dòng)畫在電影業(yè)的發(fā)展  　　習(xí)題　第2章  計(jì)算機(jī)動(dòng)畫系統(tǒng)　第3章  二維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的制作　第4章  認(rèn)識(shí)3ds Max　第5章  三維計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的制作技術(shù)篇　第6章  圖形學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)　第7章  曲線與曲面　第8章  建模方法與造型技術(shù)　第9章  計(jì)算機(jī)動(dòng)畫基本技術(shù)　第10章  軟體和流體的動(dòng)畫仿真　第11章  人體動(dòng)畫、人臉動(dòng)畫和群體動(dòng)畫　第12章  動(dòng)畫系統(tǒng)的圖形顯示　第13章  真實(shí)感處理參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　物體的運(yùn)動(dòng)可以分為運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)兩類。運(yùn)動(dòng)學(xué)通過(guò)運(yùn)動(dòng)參數(shù)（位置、速度和加速度）曲線等來(lái)控制物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，并不涉及物體的內(nèi)在屬性和外力因素。動(dòng)力學(xué)主要研究物體受力后的相互作用和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化規(guī)律，它的基本定律是牛頓三大定律?！　∪绻皇菑倪\(yùn)動(dòng)學(xué)的角度出發(fā)，考慮某時(shí)某刻物體處于什么位置，而不考慮外力的影響，就無(wú)法得到真實(shí)反映物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的動(dòng)畫效果，除非用戶給定的關(guān)鍵參數(shù)及所采用的中間幀插值模型恰好符合物體的動(dòng)力學(xué)特性，但這往往很難做到。基于關(guān)鍵幀技術(shù)的物體運(yùn)動(dòng)就屬于運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)，通過(guò)用戶交互確定一些關(guān)鍵參數(shù)來(lái)控制對(duì)象的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，而這些參數(shù)的變化只涉及到不同關(guān)鍵幀時(shí)刻參數(shù)的大小和變化速度，并沒(méi)有考慮物體內(nèi)在屬性和外力影響等動(dòng)力學(xué)特性。雖然這種方式控制比較直觀，計(jì)算比較簡(jiǎn)單，但物體運(yùn)動(dòng)軌跡和狀態(tài)變化由人為給定，生成的動(dòng)畫并不能很好地模擬物體的真實(shí)運(yùn)動(dòng)，且操作十分煩瑣費(fèi)時(shí)。　　相比運(yùn)動(dòng)學(xué)系統(tǒng)，動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)建立在自然界客觀運(yùn)動(dòng)和變化規(guī)律之上，根據(jù)所模擬物體的不同屬性，系統(tǒng)為其建立相應(yīng)的物理模型，因此動(dòng)畫設(shè)計(jì)者使用動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)時(shí)不必考慮外力影響下物體不同時(shí)刻的關(guān)鍵幀參數(shù)，只需設(shè)置物體的物理屬性和初始狀態(tài)，通過(guò)系統(tǒng)自動(dòng)求解物體的物理模型所對(duì)應(yīng)的動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)方程，得到每一時(shí)刻物體的位置、方向以及幾何形狀等參數(shù)，由這些參數(shù)生成物體的運(yùn)動(dòng)軌跡和形態(tài)能夠逼真地模擬物體在外力影響下的動(dòng)態(tài)變化。例如制作皮球下落的動(dòng)畫時(shí)，用戶只需設(shè)置皮球的質(zhì)量、體積、剛度和彈性等物理屬性以及重力等環(huán)境參數(shù)，并讓皮球從一定高度開始下落，系統(tǒng)就自動(dòng)生成皮球在空中下落、碰到地面后球體發(fā)生變形并反復(fù)彈跳的整個(gè)過(guò)程。顯然，基于物理的動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)所制作的動(dòng)畫效果更加逼真，并且操作簡(jiǎn)單方便，能夠極大地改善動(dòng)畫制作的質(zhì)量和效率?！　「黝愇矬w性質(zhì)不一，其物理模型自然不同，而同樣的物體也可以采用不同的物理模型加以模擬，其仿真效果會(huì)有很大的差別。例如模擬皮球的彈跳，其最簡(jiǎn)單的物理模型可以是一個(gè)幅度隨時(shí)問(wèn)衰減的正弦函數(shù)，正弦函數(shù)幅度的衰減速率根據(jù)皮球的質(zhì)量、大小、彈性、摩擦力等因素確定，利用正弦函數(shù)的衰減幅度去控制皮球彈跳的高度，實(shí)現(xiàn)皮球自由彈跳時(shí)彈跳高度不斷降低的效果。但這種簡(jiǎn)單的物理模型并沒(méi)有考慮皮球彈跳觸地時(shí)的變形，皮球與地面之間的碰撞問(wèn)題等。如果希望模擬更加復(fù)雜的虛擬場(chǎng)景，獲得更加真實(shí)的仿真效果，就需要為皮球建立更加高級(jí)的物理模型，全面考慮皮球的內(nèi)在物理屬性和各種外力因素，通過(guò)計(jì)算建立在物體的變形模型、碰撞檢測(cè)及動(dòng)力學(xué)運(yùn)動(dòng)規(guī)律等理論上的算法和方程，來(lái)生成每一幀時(shí)刻皮球的空間方位和幾何形狀。　　隨著計(jì)算機(jī)圖形和動(dòng)畫技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多比關(guān)鍵幀技術(shù)更加方便有效的動(dòng)畫技術(shù)，包括過(guò)程動(dòng)畫、基于物理的動(dòng)畫、關(guān)節(jié)動(dòng)畫等，這些高級(jí)動(dòng)畫技術(shù)采用基于物理的模型和算法來(lái)代替人工設(shè)置方法自動(dòng)生成一系列關(guān)鍵幀值。圖9.35（a）是采用基于物理模型的動(dòng)力學(xué)動(dòng)畫系統(tǒng)制作的方桌從高空下落撞擊地面后的散架情形，其動(dòng)畫效果比手動(dòng)設(shè)置關(guān)鍵幀的方法逼真自然得多。

編輯推薦

　　反映了計(jì)算機(jī)動(dòng)畫技術(shù)的最新發(fā)展；注重理論與實(shí)踐相結(jié)合；提供配套的教學(xué)資源解決方案。

圖書封面

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