计算机动画的算法基础

内容简介

　　浙江大学是我国较早从事计算机动画理论与算法研究的单位之一，多年来，一直围绕二维、三维景物的变形（deformation）和渐变（mor：phing）展开研究，在国内外核心期刊和国际学术会议上发表了相关论文20余篇。与此同时，参与制作了一大批优秀的电视节目片头和三维动画广告。1994年，为研究生开设了（电脑动画与仿真＞课程（54学时）。本书即是依据我们多年的教学经验和研究实践编写而成的。全书共分8章。作为引言，第1章简述了计算机动画的发展历史和国内外的应用现状，介绍了目前常用的计算机动画制作商业软件。考虑到单帧画面的绘制是生成计算机动画的基础，本书第2章、第3章分别介绍了三维场景几何造型技术和真实感画面的绘制技术。动画是运动中的艺术，变化是动画的灵魂，本书第4章介绍了计算机动画制作中常用的关键帧插值技术，包括参数关键帧技术、样条驱动动画技术、动态景物方位和朝向插值技术等。本书第5章介绍了过程动画技术，即如何依据一定的物理规律或数学函数，描述景物在运动变化过程中每一瞬间的位置和形态。该章特别讨论了气体、流体、火焰、云彩等不断变幻的景物的三维形态表示和动态生成。在动画中，除了景物位置、朝向的变化外，还经常通过形变赋予角色以灵性，渲染某种夸张的效果。本书第6章详细介绍了各种二维、三维的形变和渐变算法，包括整体变形、自由变形（FFD）、轴变形和基于广义元球的一量约束变形等。关节动画和表情动画是计算机动画技术描写一个角色不可或缺的环节，计算机动画的最大挑战是如何用虚拟的人代替真实的演员在舞台上进行生动传神的表演，本书第7章介绍了这方面团基本露念和算法；而第8章则讨论了基于物理的动画技术。这样，只需给出动画中景物的质量、弹性、转动惯量及所受外力，即可依据一定的动力学方程，求解物体在运动中每一瞬间的位置、方向和形状。本书的特点是取材全面，内容系统，注重对计算机动画基础理论和各类实用算法的介绍和分析，既可作为大专院校计算机系学生的教学用书，对从事计算机动画技术研究和开发的工程技术人员、电脑动画制作人员，也有较大的参考价值。

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图书目录

1  计算机动画简介
1. 1  计算机动画的发展历史
1. 2  计算机动画技术的应用
1. 3  计算机动画的研究内容
1. 4  计算机动画系统的硬件配置
1. 5  商业动画软件简介
1. 6  小结

2  三维几何造型技术
2. 1  体素构造表示法
2. 2  边界表示法
2. 3  参数表示与多边形网格表示
2. 4  Bezier曲线
2. 5  Bezier样条曲线
2. 6  B样条曲线
2. 7  B样条曲线的递推计算
2. 8  B样条曲线的分割
2. 9  B样条曲线的升阶
2. 10  Bezier曲面及其离散剖分算法
2. 11  Bezier曲面的光滑拼接
2. 12  B样条曲面及其插值
2. 13  常用曲面的构造
2. 14  Trim曲面
2. 15  Catmull-Clark样条曲面
2. 16  小结

3  真实感图形绘制技术
3. 1  虚拟摄象机模型
3. 2  光照明模型基础
3. 3  简单画面绘制
3. 4  标准光线跟踪算法
3. 5  光线跟踪几何
3. 6  分布式光线跟踪算法
3. 7  加速光线跟踪算法
3. 8  光线跟踪算法中的反走样技术
3. 9  纹理映射技术
3. 10  辐射度方程的求解技术
3. 11  小结

4  低层运动控制方法
4. 1  参数关键帧技术
4. 2  样条驱动动画技术
4. 3  速度曲线
4. 4  一般化的运动学控制技术
4. 5  样条基函数的选取
4. 6  物体朝向的欧拉角表示和插值技术
4, 7  物体朝向的四元数表示和插值技术
4. 8  小结

5  过程纹理造型和动画技术
5. 1  三维纹理映射技术
5. 2  过程纹理造型技术
5. 3  过程纹理的动画技术
5. 4  Fourier合成技术
5. 5  基于语法的造型技术
5. 6  粒子系统方法
5. 7  小结

6  Morphing和空间变形动画技术
6. 1  二维多边形形状渐变
6. 2  二维图象morphing技术
6. 3  三维morphing技术
6. 4  整体和局部变形方法
6. 5  自由变形(FFD)技术
6. 6  轴变形方法
6. 7  基于约束的变形
6. 8  空间变形中的反走样问题
6. 9  元球的造型和动画技术
6. 10  小结

7  关节动画及表情动画技术
7. 1  关节链结构的基本概念
7. 2  关节链结构表示
7. 3  关节链结构的运动求解技术
7. 4  逆向运动方程的求解
7. 5  复杂骨架的层次构造及其运动控制
7. 6  两足行走模型
7. 7  骨架驱动的肌肉模型
7. 8  脸部表情动画技术
7. 9  小结

8  基于物理模型的动画技术
8. l  刚体运动方程
8. 2  运动方程的数值解
8. 3  运动模拟及数据结构
8. 4  非贯穿约束刚体动力学
8. 5  关节链结构运动的动力学模拟
8. 6  布料变形动画技术
8. 7  小结