計算機動畫制作與技術(shù)

前言

　　雖然目前市場上有關(guān)計算機動畫的書籍較多，但系統(tǒng)介紹計算機動畫制作方法、從計算機圖形學(xué)的角度認(rèn)識計算機動畫技術(shù)原理的大學(xué)基礎(chǔ)教材相當(dāng)缺乏。常見的計算機動畫書籍大多是圍繞著某個熱門的二維或三維動畫制作軟件展開討論，通過一個個的制作實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，計算機圖形學(xué)是計算機動畫的技術(shù)基礎(chǔ)，但目前市場上缺少把計算機動畫與計算機圖形學(xué)有機結(jié)合起來的書籍，動畫書籍往往只介紹軟件命令和操作方法，而計算機圖形學(xué)書籍只介紹圖形學(xué)原理，計算機動畫技術(shù)原理的內(nèi)容涉及不多，也很少與主流的動畫軟件掛鉤?！　”緯菫橛耙?、數(shù)字媒體、動畫及游戲等專業(yè)的大學(xué)生學(xué)習(xí)“計算機動畫基礎(chǔ)”課程而編寫的教材。筆者長期從事計算機動畫的科研和教學(xué)工作，由于在講授“計算機動畫基礎(chǔ)”課程時找不到合適的教材，便自己編寫了講義，實際使用效果良好。本書在自編講義的基礎(chǔ)上進(jìn)行大幅度修改、補充和完善，參考國內(nèi)外眾多優(yōu)秀的計算機圖形學(xué)教材，以及大量的計算機圖形學(xué)、計算機動畫研究論文和資料，系統(tǒng)介紹了二維和三維計算機動畫的制作方法，并采用通俗易懂的方式講解計算機動畫的基本技術(shù)原理，以大量篇幅敘述了近年來計算機圖形學(xué)在計算機動畫領(lǐng)域的研究成果和實際應(yīng)用?！　≡煨汀赢嬁刂坪弯秩臼怯嬎銠C動畫的核心技術(shù)，是計算機圖形學(xué)的重要研究內(nèi)容，而計算機動畫制作軟件正是計算機圖形學(xué)在動畫領(lǐng)域研究成果的體現(xiàn)。有別于一般的動畫制作培訓(xùn)課程，作為一門大學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，“計算機動畫基礎(chǔ)”并沒有把所有的課時都放在學(xué)習(xí)動畫軟件的具體操作上，而是在學(xué)習(xí)二維和三維動畫基本制作技巧的同時，注重二維動畫與三維動畫、傳統(tǒng)動畫與計算機動畫、計算機動畫系統(tǒng)硬件與軟件的有機結(jié)合，力圖從計算機圖形學(xué)的角度來解釋計算機動畫的技術(shù)原理。課程的課堂教學(xué)環(huán)節(jié)主要介紹傳統(tǒng)動畫制作流程，二維和三維計算機動畫的基本概念，并結(jié)合制作實例講解實現(xiàn)計算機動畫的主要技術(shù)，包括計算機圖形學(xué)的基本概念、物體造型、運動控制、動畫仿真、圖形繪制和真實感處理等內(nèi)容。實踐教學(xué)環(huán)節(jié)著重二維動畫軟件Animo、三維動畫軟件3dsMax的使用和動畫制作，不僅讓學(xué)生掌握二維動畫和三維動畫的基本制作方法，更重要的是借助制作實例加深對課堂理論知識的理解。通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以比較全面地了解傳統(tǒng)動畫及計算機動畫的制作方法和技術(shù)原理，為后續(xù)的計算機動畫課程和軟件開發(fā)打下較為扎實的基礎(chǔ)?！　”緯种谱髌图夹g(shù)篇兩大部分，希望讀者結(jié)合動畫制作中的實際體驗來理解計算機動畫的技術(shù)原理。本書內(nèi)容的這種安排，不同于一般的計算機動畫制作書籍，也有別于經(jīng)典的計算機圖形學(xué)教科書，力圖給讀者提供一本既能夠掌握計算機動畫的基本制作方法，又能夠通俗易懂地了解計算機動畫技術(shù)原理的參考書。

內(nèi)容概要

《計算機動畫制作與技術(shù)》分制作篇和技術(shù)篇兩大部分。制作篇主要介紹傳統(tǒng)動畫、二維計算機動畫和三維計算機動畫的制作方法，以及計算機動畫系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和制作軟件。技術(shù)篇結(jié)合制作實例，從計算機圖形學(xué)的角度分析實現(xiàn)計算機動畫的技術(shù)原理，包括物體造型、運動控制、動畫仿真、圖形繪制和真實感處理等內(nèi)容，基本涵蓋了計算機動畫的各個主要技術(shù)。    作為計算機動畫軟件的使用者，不但需要掌握嫻熟的制作技巧，還應(yīng)該熟悉計算機動畫的實現(xiàn)原理，理解制作過程中的各種操作、命令的技術(shù)含義，這無疑將大大提高動畫創(chuàng)作人員的技術(shù)水平?！队嬎銠C動畫制作與技術(shù)》一書將計算機動畫制作技巧與技術(shù)原理有機地結(jié)合起來，不同于常見的計算機動畫制作書籍，也有別于經(jīng)典的計算機圖形學(xué)教科書，給讀者提供了一本既能夠掌握計算機動畫的基本制作方法，又可以通俗易懂地學(xué)習(xí)計算機動畫技術(shù)原理的參考書。    本書在作者多年來為大學(xué)本科生講授“計算機動畫基礎(chǔ)”課程的基礎(chǔ)上編寫而成，適合作為影視、數(shù)字媒體、動畫、游戲等專業(yè)的教材，也可用作影視、廣告、動畫創(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  動畫基礎(chǔ)知識  　1.1  動畫的基本概念  　1.2  動畫的類型   　 1.2.1  傳統(tǒng)動畫    　1.2.2  計算機動畫  　1.3  傳統(tǒng)筆繪動畫的制作    　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)偶動畫的制作　  1.5  計算機動畫的制作　    1.5.1  二維計算機動畫的制作　    1.5.2  三維計算機動畫的制作　  1.6  實現(xiàn)計算機動畫的關(guān)鍵技術(shù)　  1.7  計算機動畫的應(yīng)用與發(fā)展　    1.7.1  計算機動畫的應(yīng)用　    1.7.2  計算機動畫在電影業(yè)的發(fā)展  　　習(xí)題　第2章  計算機動畫系統(tǒng)　第3章  二維計算機動畫的制作　第4章  認(rèn)識3ds Max　第5章  三維計算機動畫的制作技術(shù)篇　第6章  圖形學(xué)基礎(chǔ)知識　第7章  曲線與曲面　第8章  建模方法與造型技術(shù)　第9章  計算機動畫基本技術(shù)　第10章  軟體和流體的動畫仿真　第11章  人體動畫、人臉動畫和群體動畫　第12章  動畫系統(tǒng)的圖形顯示　第13章  真實感處理參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　物體的運動可以分為運動學(xué)和動力學(xué)兩類。運動學(xué)通過運動參數(shù)（位置、速度和加速度）曲線等來控制物體的運動規(guī)律，并不涉及物體的內(nèi)在屬性和外力因素。動力學(xué)主要研究物體受力后的相互作用和運動狀態(tài)變化規(guī)律，它的基本定律是牛頓三大定律?！　∪绻皇菑倪\動學(xué)的角度出發(fā)，考慮某時某刻物體處于什么位置，而不考慮外力的影響，就無法得到真實反映物體運動狀態(tài)的動畫效果，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)的物體運動就屬于運動學(xué)系統(tǒng)，通過用戶交互確定一些關(guān)鍵參數(shù)來控制對象的運動規(guī)律，而這些參數(shù)的變化只涉及到不同關(guān)鍵幀時刻參數(shù)的大小和變化速度，并沒有考慮物體內(nèi)在屬性和外力影響等動力學(xué)特性。雖然這種方式控制比較直觀，計算比較簡單，但物體運動軌跡和狀態(tài)變化由人為給定，生成的動畫并不能很好地模擬物體的真實運動，且操作十分煩瑣費時?！　∠啾冗\動學(xué)系統(tǒng)，動力學(xué)系統(tǒng)建立在自然界客觀運動和變化規(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，因此動畫設(shè)計者使用動力學(xué)系統(tǒng)時不必考慮外力影響下物體不同時刻的關(guān)鍵幀參數(shù)，只需設(shè)置物體的物理屬性和初始狀態(tài)，通過系統(tǒng)自動求解物體的物理模型所對應(yīng)的動力學(xué)運動方程，得到每一時刻物體的位置、方向以及幾何形狀等參數(shù)，由這些參數(shù)生成物體的運動軌跡和形態(tài)能夠逼真地模擬物體在外力影響下的動態(tài)變化。例如制作皮球下落的動畫時，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)彈跳的整個過程。顯然，基于物理的動力學(xué)系統(tǒng)所制作的動畫效果更加逼真，并且操作簡單方便，能夠極大地改善動畫制作的質(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，其仿真效果會有很大的差別。例如模擬皮球的彈跳，其最簡單的物理模型可以是一個幅度隨時問衰減的正弦函數(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，實現(xiàn)皮球自由彈跳時彈跳高度不斷降低的效果。但這種簡單的物理模型并沒有考慮皮球彈跳觸地時的變形，皮球與地面之間的碰撞問題等。如果希望模擬更加復(fù)雜的虛擬場景，獲得更加真實的仿真效果，就需要為皮球建立更加高級的物理模型，全面考慮皮球的內(nèi)在物理屬性和各種外力因素，通過計算建立在物體的變形模型、碰撞檢測及動力學(xué)運動規(guī)律等理論上的算法和方程，來生成每一幀時刻皮球的空間方位和幾何形狀?！　‰S著計算機圖形和動畫技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了許多比關(guān)鍵幀技術(shù)更加方便有效的動畫技術(shù)，包括過程動畫、基于物理的動畫、關(guān)節(jié)動畫等，這些高級動畫技術(shù)采用基于物理的模型和算法來代替人工設(shè)置方法自動生成一系列關(guān)鍵幀值。圖9.35（a）是采用基于物理模型的動力學(xué)動畫系統(tǒng)制作的方桌從高空下落撞擊地面后的散架情形，其動畫效果比手動設(shè)置關(guān)鍵幀的方法逼真自然得多。

編輯推薦

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

圖書封面

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