計算機動畫算法與技術(shù)

內(nèi)容概要

　　《計算機動畫算法與技術(shù)（第2版）》詳細闡述了與計算機動畫算法相關(guān)的高效解決方案及相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和算法，主要包括技術(shù)背景知識、插值技術(shù)、插值動畫技術(shù)、運動鏈接、運動捕捉、物理動畫、流體、人物角色的建模和動畫、面部動畫、建模行為以及特殊動畫模型等內(nèi)容。此外，《計算機動畫算法與技術(shù)（第2版）》還提供了相應(yīng)的算法、代碼以及偽代碼，以幫助讀者進一步理解相關(guān)方案的實現(xiàn)過程?！　　队嬎銠C動畫算法與技術(shù)（第2版）》適合作為高等院校計算機及相關(guān)專業(yè)的教材和教學(xué)參考書，也可作為相關(guān)開發(fā)人員的自學(xué)教材和參考手冊。

作者簡介

作者：（美國）帕倫特（Rick Parent） 譯者：劉祎  帕倫特（Rick Parent）現(xiàn)任俄亥俄州立大學(xué)（OSU）計算機科學(xué)與工程系教授一職。在學(xué)生時期，Rick即開始在俄亥俄州立大學(xué)的計算機圖形學(xué)研發(fā)中心（CGRG）工作，并接受Charles Csuri的悉心指導(dǎo)。L977年，他獲得計算機和信息科學(xué)（CIS）博士學(xué)位，主攻方向為人工智能。在隨后的3年中，他以助理研究員的身份工作于CGRG，并逐步晉升為副主管。1980年，他與其他人共同創(chuàng)建了The Computer Animation Company并蒞任主席一職。L985年，他再次加入俄亥俄州立大學(xué)的CIS系（現(xiàn)稱為計算機科學(xué)與工程系）。Rick的研究興趣涉及計算機動畫的方方面面，但主攻方向為人物角色動畫。目前，Rick的研究課題包括面部動畫以及通過模型技術(shù)跟蹤視頻中的人物角色。

書籍目錄

第1章概述 1.1感知 1.2動畫發(fā)展簡史 1.2.1早期設(shè)備 1.2.2早期傳統(tǒng)動畫 1.2.3迪斯尼 1.2.4其他技術(shù) 1.2.5其他動畫媒介 1.2.6動畫原理 1.2.7電影制作原理 1.3動畫制作 1.4計算機動畫制作 1.4.1計算機動畫制作任務(wù) 1.4.2數(shù)字編輯 1.4.3數(shù)字視頻 1.4.4數(shù)字音頻 1.5計算機動畫簡史 1.5.1早期行為（1980年之前） 1.5.2中期行為（20世紀(jì)80年代） 1.5.3新紀(jì)元（20世紀(jì)80年代以后） 1.6本章小結(jié) 參考文獻 第2章技術(shù)背景知識 2.1空間與轉(zhuǎn)換 2.1.1顯示管線 2.1.2齊次坐標(biāo)和轉(zhuǎn)換矩陣 2.1.3復(fù)合轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換矩陣的累積操作 2.1.4基本的轉(zhuǎn)換操作 2.1.5描述任意方向 2.1.6從矩陣中獲取轉(zhuǎn)換操作 2.1.7顯示管線中的轉(zhuǎn)換描述 2.1.8誤差 2.2方向表達 2.2.1定角表達 2.2.2歐拉角表達 2.2.3軸角表達 2.2.4四元數(shù)表達 2.2.5指數(shù)映射表達 2.3本章小結(jié) 參考文獻 第3章插值技術(shù) 3.1插值計算 3.1.1生成函數(shù) 3.1.2綜述 3.2曲線頂點的移動控制 3.2.1計算弧長 3.2.2速度控制 3.2.3易入／易出 3.2.4通用距離—時間函數(shù) 3.2.5匹配于位置—時間對的曲線 3.3方向插值 3.4與路徑協(xié)同工作 3.4.1路徑移動 3.4.2基于路徑的方向 3.4.3基于路徑平滑操作 3.4.4沿表面確定路徑 3.4.5路徑計算 3.4.6綜述 3.5本章小結(jié) 參考文獻 第4章插值動畫技術(shù) 4.1關(guān)鍵幀系統(tǒng) 4.2動畫語言 4.2.1面向設(shè)計人員的動畫語言 4.2.2基于動畫設(shè)計的全功能程序語言 4.2.3關(guān)聯(lián)變量 4.2.4圖形語言 4.2.5基于角色的動畫語言 4.3對象的變形操作 4.3.1拾取和拖曳 4.3.2嵌入空間的變形 4.4三維形狀插值方案 4.4.1匹配拓撲結(jié)構(gòu) 4.4.2星形多面體 4.4.3軸向切面 4.4.4球體映射 4.4.5遞歸細分 4.4.6綜述 4.5變形效果（二維） 4.5.1坐標(biāo)網(wǎng)格方案 4.5.2特征變形 4.6本章小結(jié) 參考文獻 第5章運動鏈接 5.1層次結(jié)構(gòu)建模 5.1.1基于層次建模的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 5.1.2局部坐標(biāo)框架 5.2前向動力學(xué) 5.3逆向動力學(xué) 5.3.1通過解析法求解簡單系統(tǒng) 5.3.2Jacobian方案 5.3.3逆向動力學(xué)的數(shù)值方案 5.3.4綜述 5.4本章小結(jié) 參考文獻 第6章運動捕捉 6.1運動捕捉技術(shù) 6.2 圖像處理 6.3相機校正 6.4三維位置重構(gòu) 6.4.1多標(biāo)記 6.4.2多相機 6.5骨骼匹配 6.6從運動捕捉系統(tǒng)中輸出內(nèi)容 6.7操控運動捕捉數(shù)據(jù) 6.7.1信號處理 6.7.2運動重定位 6.7.3運動組合 6.8本章小結(jié) 參考文獻 第7章物理動畫 7.1基本物理學(xué)知識 7.2彈性網(wǎng)格 7.2.1彈性對象 7.2.2虛擬彈簧 7.3粒子系統(tǒng) 7.3.1生成粒子 7.3.2粒子屬性 7.3.3粒子消亡 7.3.4粒子動畫 7.3.5粒子渲染 7.3.6粒子系統(tǒng)表達 7.3.7粒子受力狀態(tài) 7.3.8粒子生命周期 7.4剛體模擬 7.4.1自由落體 7.4.2碰撞體 7.4.3基于鏈接層次結(jié)構(gòu)的動力學(xué) 7.4.4綜述 7.5軟約束條件和硬約束條件 7.5.1能量最小化 7.5.2空間—時間約束條件 7.6本章小結(jié) 參考文獻 第8章流體：液體和氣體 8.1特定流體模型 8.1.1水流模型 8.1.2云彩模型 …… 第9章人物角色的建模和動畫 第10章面部動畫 第11章建模行為 第12章特殊動畫模型 附錄A渲染技術(shù) 附錄B背景知識和技術(shù)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   3.其他表達方式 除多邊形和面片表達方式外，還存在表現(xiàn)虛擬人物角色的其他方案。然而，由于缺乏應(yīng)有的建模工具或計算復(fù)雜度過高，此類方案較少被采納。 細分表面操作結(jié)合了拓撲結(jié)構(gòu)的靈活性以及面片數(shù)據(jù)的平滑性特征，該操作通過細分多邊形將低分辨率的多邊形模型轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的平滑形式（參見本章參考文獻20、22）。 當(dāng)構(gòu)建虛擬人物角色時，隱式表面（常稱作元球技術(shù)）可作為相應(yīng)的塑造材質(zhì)數(shù)據(jù)。元球的功能類似于黏土，進而可對臨近圖元實施混合操作。當(dāng)計算量較大時，該方案可提供逼真的外觀，當(dāng)表現(xiàn)組織所覆蓋的皮膚伸展效果時尤為有效（參見本章參考文獻38、44）。 或許，體積建模可視為對計算量要求最為苛刻的一類表達方案。上述技術(shù)僅存儲虛擬角色的表面特征信息，而體積模型還將存儲全部內(nèi)部空間信息。出于計算復(fù)雜度考量，該技術(shù)僅限于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。同時，這也對虛擬人物的內(nèi)部構(gòu)造知識提出了較高的要求。 隨著計算機功能的不斷強大，可對人物角色內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)建模行為進行多方嘗試，進而獲取更為逼真的可視化表面效果。這里，存在多種分層方案，某些方案將嘗試對底層骨骼和／或肌肉及其之上的皮膚效果進行建模。 Chen和Zeltzer使用有限元方案實現(xiàn)了膝蓋部位的準(zhǔn)確建模，并根據(jù)相關(guān)醫(yī)學(xué)信息準(zhǔn)確地再現(xiàn)了對應(yīng)肌肉組織（參見本章參考文獻16）。多位科研工作者均對構(gòu)建附著于骨骼之上的肌肉組織有所嘗試，并于隨后生成上方肌肉所關(guān)聯(lián)的皮膚（參見本章參考文獻60、71）。Thalmann實驗室則根據(jù)元球技術(shù)，采用了更為有趣的混合肌肉建模方案，并沿分段式軀干方向生成橫截面；隨后，對橫截面之間的多邊形實施放樣操作，進而生成最終的表面幾何體（參見本章參考文獻11）。Chadwick等人則使用FFD方案生成了頗具藝術(shù)氣息的肌肉褶皺以及皮膚折疊效果（參見本章參考文獻15）。 9.1.2幾何體數(shù)據(jù)采集 幾何體數(shù)據(jù)可通過多種方式獲得。截止到目前為止，較為常見的方法是美工師通過交互式軟件包創(chuàng)建人物角色。當(dāng)然，通過該方式，最終得到的數(shù)據(jù)質(zhì)量主要取決于美工師的技能與經(jīng)驗。隨著硬件設(shè)備的不斷普及，另一種數(shù)據(jù)采集技術(shù)也隨之出現(xiàn)，即對真實的人物實現(xiàn)數(shù)字化掃描。表現(xiàn)特定獨立個體的相關(guān)數(shù)據(jù)常通過激光掃描儀加以捕捉，或者基于視頻圖像執(zhí)行對應(yīng)的圖像處理技術(shù)（參見本章參考文獻31、36、46）。 針對人物角色的數(shù)據(jù)生成過程，還存在各種參數(shù)式方案。應(yīng)用于人體工程環(huán)境下的虛擬人物建模軟件則通過人體測量技術(shù)使用各類參數(shù)（參見本章參考文獻6）。此類藝術(shù)設(shè)計或娛樂導(dǎo)向的軟件工具支持基于人體數(shù)據(jù)的、更為自由的參數(shù)操控方式（參見本章參考文獻38、62）。某些項目采用樣本模型獲取部分表面數(shù)據(jù)，并通過混合已知屬性的方式生成數(shù)據(jù)（參見本章參考文獻10、46）。

編輯推薦

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