計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)算法與技術(shù)

內(nèi)容概要

　　《計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)算法與技術(shù)（第2版）》詳細(xì)闡述了與計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)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(shí)、插值技術(shù)、插值動(dòng)畫(huà)技術(shù)、運(yùn)動(dòng)鏈接、運(yùn)動(dòng)捕捉、物理動(dòng)畫(huà)、流體、人物角色的建模和動(dòng)畫(huà)、面部動(dòng)畫(huà)、建模行為以及特殊動(dòng)畫(huà)模型等內(nèi)容。此外，《計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)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(jìn)一步理解相關(guān)方案的實(shí)現(xiàn)過(guò)程?！　　队?jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)算法與技術(shù)（第2版）》適合作為高等院校計(jì)算機(jī)及相關(guān)專(zhuān)業(yè)的教材和教學(xué)參考書(shū)，也可作為相關(guān)開(kāi)發(fā)人員的自學(xué)教材和參考手冊(cè)。

作者簡(jiǎn)介

作者：（美國(guó)）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(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系教授一職。在學(xué)生時(shí)期，Rick即開(kāi)始在俄亥俄州立大學(xué)的計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)和信息科學(xué)（CIS）博士學(xué)位，主攻方向?yàn)槿斯ぶ悄?。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(chēng)為計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程系）。Rick的研究興趣涉及計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)的方方面面，但主攻方向?yàn)槿宋锝巧珓?dòng)畫(huà)。目前，Rick的研究課題包括面部動(dòng)畫(huà)以及通過(guò)模型技術(shù)跟蹤視頻中的人物角色。

書(shū)籍目錄

第1章概述 1.1感知 1.2動(dòng)畫(huà)發(fā)展簡(jiǎn)史 1.2.1早期設(shè)備 1.2.2早期傳統(tǒng)動(dòng)畫(huà) 1.2.3迪斯尼 1.2.4其他技術(shù) 1.2.5其他動(dòng)畫(huà)媒介 1.2.6動(dòng)畫(huà)原理 1.2.7電影制作原理 1.3動(dòng)畫(huà)制作 1.4計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)制作 1.4.1計(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)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(jì)算機(jī)動(dòng)畫(huà)簡(jiǎn)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(xiàn) 第2章技術(shù)背景知識(shí) 2.1空間與轉(zhuǎn)換 2.1.1顯示管線(xiàn) 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(xiàn)中的轉(zhuǎn)換描述 2.1.8誤差 2.2方向表達(dá) 2.2.1定角表達(dá) 2.2.2歐拉角表達(dá) 2.2.3軸角表達(dá) 2.2.4四元數(shù)表達(dá) 2.2.5指數(shù)映射表達(dá) 2.3本章小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第3章插值技術(shù) 3.1插值計(jì)算 3.1.1生成函數(shù) 3.1.2綜述 3.2曲線(xiàn)頂點(diǎn)的移動(dòng)控制 3.2.1計(jì)算弧長(zhǎng) 3.2.2速度控制 3.2.3易入／易出 3.2.4通用距離—時(shí)間函數(shù) 3.2.5匹配于位置—時(shí)間對(duì)的曲線(xiàn) 3.3方向插值 3.4與路徑協(xié)同工作 3.4.1路徑移動(dòng) 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(jì)算 3.4.6綜述 3.5本章小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第4章插值動(dòng)畫(huà)技術(shù) 4.1關(guān)鍵幀系統(tǒng) 4.2動(dòng)畫(huà)語(yǔ)言 4.2.1面向設(shè)計(jì)人員的動(dòng)畫(huà)語(yǔ)言 4.2.2基于動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)的全功能程序語(yǔ)言 4.2.3關(guān)聯(lián)變量 4.2.4圖形語(yǔ)言 4.2.5基于角色的動(dòng)畫(huà)語(yǔ)言 4.3對(duì)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?fù)浣Y(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(xì)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(xiàn) 第5章運(yùn)動(dòng)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(dòng)力學(xué) 5.3逆向動(dòng)力學(xué) 5.3.1通過(guò)解析法求解簡(jiǎn)單系統(tǒng) 5.3.2Jacobian方案 5.3.3逆向動(dòng)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(xiàn) 第6章運(yùn)動(dòng)捕捉 6.1運(yùn)動(dòng)捕捉技術(shù) 6.2 圖像處理 6.3相機(jī)校正 6.4三維位置重構(gòu) 6.4.1多標(biāo)記 6.4.2多相機(jī) 6.5骨骼匹配 6.6從運(yùn)動(dòng)捕捉系統(tǒng)中輸出內(nèi)容 6.7操控運(yùn)動(dòng)捕捉數(shù)據(jù) 6.7.1信號(hào)處理 6.7.2運(yùn)動(dòng)重定位 6.7.3運(yùn)動(dòng)組合 6.8本章小結(jié) 參考文獻(xiàn) 第7章物理動(dòng)畫(huà) 7.1基本物理學(xué)知識(shí) 7.2彈性網(wǎng)格 7.2.1彈性對(duì)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(dòng)畫(huà) 7.3.5粒子渲染 7.3.6粒子系統(tǒng)表達(dá) 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(dòng)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(shí)間約束條件 7.6本章小結(jié) 參考文獻(xiàn) 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(dòng)畫(huà) 第10章面部動(dòng)畫(huà) 第11章建模行為 第12章特殊動(dòng)畫(huà)模型 附錄A渲染技術(shù) 附錄B背景知識(shí)和技術(shù)

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁(yè)：   插圖：   3.其他表達(dá)方式 除多邊形和面片表達(dá)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(jì)算復(fù)雜度過(guò)高，此類(lèi)方案較少被采納。 細(xì)分表面操作結(jié)合了拓?fù)浣Y(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(guò)細(xì)分多邊形將低分辨率的多邊形模型轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的平滑形式（參見(jiàn)本章參考文獻(xiàn)20、22）。 當(dāng)構(gòu)建虛擬人物角色時(shí)，隱式表面（常稱(chēng)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(lèi)似于黏土，進(jìn)而可對(duì)臨近圖元實(shí)施混合操作。當(dāng)計(jì)算量較大時(shí)，該方案可提供逼真的外觀(guān)，當(dāng)表現(xiàn)組織所覆蓋的皮膚伸展效果時(shí)尤為有效（參見(jiàn)本章參考文獻(xiàn)38、44）。 或許，體積建?？梢暈閷?duì)計(jì)算量要求最為苛刻的一類(lèi)表達(dá)方案。上述技術(shù)僅存儲(chǔ)虛擬角色的表面特征信息，而體積模型還將存儲(chǔ)全部?jī)?nèi)部空間信息。出于計(jì)算復(fù)雜度考量，該技術(shù)僅限于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。同時(shí)，這也對(duì)虛擬人物的內(nèi)部構(gòu)造知識(shí)提出了較高的要求。 隨著計(jì)算機(jī)功能的不斷強(qiáng)大，可對(duì)人物角色內(nèi)部結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)建模行為進(jìn)行多方嘗試，進(jìn)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(duì)底層骨骼和／或肌肉及其之上的皮膚效果進(jìn)行建模。 Chen和Zeltzer使用有限元方案實(shí)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(duì)應(yīng)肌肉組織（參見(jiàn)本章參考文獻(xiàn)16）。多位科研工作者均對(duì)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(jiàn)本章參考文獻(xiàn)60、71）。Thalmann實(shí)驗(yàn)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(duì)橫截面之間的多邊形實(shí)施放樣操作，進(jìn)而生成最終的表面幾何體（參見(jiàn)本章參考文獻(xiàn)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(jiàn)本章參考文獻(xiàn)15）。 9.1.2幾何體數(shù)據(jù)采集 幾何體數(shù)據(jù)可通過(guò)多種方式獲得。截止到目前為止，較為常見(jiàn)的方法是美工師通過(guò)交互式軟件包創(chuàng)建人物角色。當(dāng)然，通過(guò)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(yàn)。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(duì)真實(shí)的人物實(shí)現(xiàn)數(shù)字化掃描。表現(xiàn)特定獨(dú)立個(gè)體的相關(guān)數(shù)據(jù)常通過(guò)激光掃描儀加以捕捉，或者基于視頻圖像執(zhí)行對(duì)應(yīng)的圖像處理技術(shù)（參見(jiàn)本章參考文獻(xiàn)31、36、46）。 針對(duì)人物角色的數(shù)據(jù)生成過(guò)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(guò)人體測(cè)量技術(shù)使用各類(lèi)參數(shù)（參見(jiàn)本章參考文獻(xiàn)6）。此類(lèi)藝術(shù)設(shè)計(jì)或娛樂(lè)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(jiàn)本章參考文獻(xiàn)38、62）。某些項(xiàng)目采用樣本模型獲取部分表面數(shù)據(jù)，并通過(guò)混合已知屬性的方式生成數(shù)據(jù)（參見(jiàn)本章參考文獻(xiàn)10、46）。

編輯推薦

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