內容介紹
《計算機動畫算法與技術(第2版)》詳細闡述了與計算機動畫算法相關的高效解決方案及相應的數據結構和算法，主要包括技術背景知識、插值技術、插值動畫技術、運動連結、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容。此外，《計算機動畫算法與技術(第2版)》還提供了相應的算法、代碼以及偽代碼，以幫助讀者進一步理解相關方案的實現過程。作品目錄
第1章概述 11.1感知 2
1.2動畫發展簡史 3
1.2.1早期設備 4
1.2.2早期傳統動畫 5
1.2.3迪斯尼 7
1.2.4其他技術 8
1.2.5其他動畫媒介 8
1.2.6動畫原理 9
1.2.7電影製作原理 10
1.3動畫製作 12
1.4計算機動畫製作 15
1.4.1計算機動畫製作任務 16
1.4.2數字編輯 18
1.4.3數字視頻 20
1.4.4數字音頻 21
1.5計算機動畫簡史 22
1.5.1早期行為（1980年之前） 22
1.5.2中期行為（20世紀80年代） 24
1.5.3新紀元（20世紀80年代以後） 26
1.6本章小結 29
參考文獻 29
第2章技術背景知識 33
2.1空間與轉換 33
2.1.1顯示管線 34
2.1.2齊次坐標和轉換矩陣 38
2.1.3複合轉換：轉換矩陣的累積操作 38
2.1.4基本的轉換操作 39
2.1.5描述任意方向 41
2.1.6從矩陣中獲取轉換操作 44
2.1.7顯示管線中的轉換描述 44
2.1.8誤差 46
2.2方向表達 50
2.2.1定角表達 51
2.2.2歐拉角表達 52
2.2.3軸角表達 53
2.2.4四元數表達 54
2.2.5指數映射表達 55
2.3本章小結 56
參考文獻 56
第3章插值技術 57
3.1插值計算 57
3.1.1生成函式 57
3.1.2綜述 60
3.2曲線頂點的移動控制 60
3.2.1計算弧長 61
3.2.2速度控制 73
3.2.3易入/易出 74
3.2.4通用距離-時間函式 80
3.2.5匹配於位置-時間對的曲線 82
3.3方向插值 84
3.4與路徑協同工作 88
3.4.1路徑移動 88
3.4.2基於路徑的方向 88
3.4.3基於路徑平滑操作 92
3.4.4沿表面確定路徑 97
3.4.5路徑計算 98
3.4.6綜述 99
3.5本章小結 99
參考文獻 99
第4章插值動畫技術 100
4.1關鍵幀系統 100
4.2動畫語言 103
4.2.1面向設計人員的動畫語言 104
4.2.2基於動畫設計的全功能程式語言 105
4.2.3關聯變數 105
4.2.4圖形語言 105
4.2.5基於角色的動畫語言 106
4.3對象的變形操作 107
4.3.1拾取和拖曳 107
4.3.2嵌入空間的變形 108
4.4三維形狀插值方案 119
4.4.1匹配拓撲結構 120
4.4.2星形多面體 120
4.4.3軸向切面 121
4.4.4球體映射 123
4.4.5遞歸細分 127
4.4.6綜述 129
4.5變形效果（二維） 129
4.5.1坐標格線方案 129
4.5.2特徵變形 134
4.6本章小結 139
參考文獻 139
第5章運動連結 142
5.1層次結構建模 143
5.1.1基於層次建模的數據結構 144
5.1.2局部坐標框架 149
5.2前向動力學 150
5.3逆向動力學 151
5.3.1通過解析法求解簡單系統 152
5.3.2Jacobian方案 153
5.3.3逆向動力學的數值方案 156
5.3.4綜述 162
5.4本章小結 163
參考文獻 163
第6章運動捕捉 164
6.1運動捕捉技術 164
6.2圖像處理 165
6.3相機校正 167
6.4三維位置重構 168
6.4.1多標記 169
6.4.2多相機 170
6.5骨骼匹配 170
6.6從運動捕捉系統中輸出內容 171
6.7操控運動捕捉數據 172
6.7.1信號處理 173
6.7.2運動重定位 173
6.7.3運動組合 174
6.8本章小結 174
參考文獻 174
第7章物理動畫 176
7.1基本物理學知識 176
7.2彈性格線 178
7.2.1彈性對象 178
7.2.2虛擬彈簧 181
7.3粒子系統 181
7.3.1生成粒子 182
7.3.2粒子屬性 183
7.3.3粒子消亡 183
7.3.4粒子動畫 183
7.3.5粒子渲染 183
7.3.6粒子系統表達 184
7.3.7粒子受力狀態 184
7.3.8粒子生命周期 185
7.4剛體模擬 185
7.4.1自由落體 186
7.4.2碰撞體 194
7.4.3基於連結層次結構的動力學 205
7.4.4綜述 208
7.5軟約束條件和硬約束條件 208
7.5.1能量最小化 208
7.5.2空間-時間約束條件 211
7.6本章小結 212
參考文獻 213
第8章流體：液體和氣體 216
8.1特定流體模型 216
8.1.1水流模型 216
8.1.2雲彩模型 226
8.1.3火焰建模 234
8.1.4綜述 236
8.2計算流體動力學 236
8.2.1流體建模的通用解決方案 237
8.2.2CFD方程 238
8.3本章小結 242
參考文獻 243
第9章人物角色的建模和動畫 246
9.1虛擬人物表現方式 246
9.1.1軀體幾何體的表達方式 247
9.1.2幾何體數據採集 248
9.1.3幾何體變形 249
9.1.4表面細節 249
9.1.5人物角色建模過程中的層次方案 250
9.2搜尋和抓取行為 253
9.2.1手臂建模 254
9.2.2肩部關節 256
9.2.3手部 256
9.2.4協調的運動行為 258
9.2.5迴避障礙物 258
9.2.6受力狀態 259
9.3行走效果 260
9.3.1運動機制 261
9.3.2行進過程中的動力學 264
9.3.3基於動力學的真實運動行為 267
9.3.4前向動力學控制 268
9.3.5綜述 268
9.4人物的服飾 269
9.4.1布料和服裝 269
9.4.2簡單的懸垂方案 269
9.4.3布料內部結構 272
9.4.4頭髮 274
9.5本章小結 276
參考文獻 277
第10章面部動畫 283
10.1面部結構 283
10.1.1解剖學結構 283
10.1.2面部行為編碼系統 285
10.2面部模型 286
10.2.1創建連續的表面模型 287
10.2.2紋理 292
10.3臉部的動畫效果 293
10.3.1參數化模型 293
10.3.2彎曲形狀 294
10.3.3肌肉模型 295
10.3.4面部表情 298
10.3.5綜述 298
10.4口型動畫 299
10.4.1語音發聲 299
10.4.2音素 300
10.4.3協同發音 301
10.4.4韻律學 301
10.5本章小結 301
參考文獻 302
第11章建模行為 305
11.1環境認知 305
11.1.1視覺 306
11.1.2記憶 307
11.2累計行為 307
11.3原始行為 308
11.3.1群集行為 308
11.3.2捕食行為 317
11.4智慧型行為建模 317
11.4.1自主行為 318
11.4.2表達方式和姿態 320
11.4.3個性化建模：個性和情感狀態 321
11.5群體管理 322
11.5.1突發行為 322
11.5.2基於統計學的建模行為 322
11.5.3內部結構 323
11.6本章小結 323
參考文獻 323
第12章特殊動畫模型 327
12.1隱式表面 327
12.1.1基本的隱式表面方程 327
12.1.2基於隱式定義對象的動畫效果 329
12.1.3碰撞檢測 330
12.1.4基於碰撞的隱式表面變形 330
12.1.5Level Set法 332
12.1.6綜述 333
12.2植物 333
12.2.1植物學簡介 334
12.2.2L系統 335
12.3表面細分 342
12.4本章小結 343
參考文獻 343
附錄A渲染技術 346
附錄B背景知識和技術 364
