計算機動畫制作與技術

前言

　　雖然目前市場上有關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、從計算機圖形學的角度認識計算機動畫技術原理的大學基礎教材相當缺乏。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，引導讀者熟悉軟件的具體使用方法。另外，計算機圖形學是計算機動畫的技術基礎，但目前市場上缺少把計算機動畫與計算機圖形學有機結合起來的書籍，動畫書籍往往只介紹軟件命令和操作方法，而計算機圖形學書籍只介紹圖形學原理，計算機動畫技術原理的內容涉及不多，也很少與主流的動畫軟件掛鉤?！　”緯菫橛耙?、數字媒體、動畫及游戲等專業(yè)的大學生學習“計算機動畫基礎”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工作，由于在講授“計算機動畫基礎”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上進行大幅度修改、補充和完善，參考國內外眾多優(yōu)秀的計算機圖形學教材，以及大量的計算機圖形學、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原理，以大量篇幅敘述了近年來計算機圖形學在計算機動畫領域的研究成果和實際應用。　　造型、動畫控制和渲染是計算機動畫的核心技術，是計算機圖形學的重要研究內容，而計算機動畫制作軟件正是計算機圖形學在動畫領域研究成果的體現。有別于一般的動畫制作培訓課程，作為一門大學的專業(yè)基礎課程，“計算機動畫基礎”并沒有把所有的課時都放在學習動畫軟件的具體操作上，而是在學習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合，力圖從計算機圖形學的角度來解釋計算機動畫的技術原理。課程的課堂教學環(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，并結合制作實例講解實現計算機動畫的主要技術，包括計算機圖形學的基本概念、物體造型、運動控制、動畫仿真、圖形繪制和真實感處理等內容。實踐教學環(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。通過本課程的學習，學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?！　”緯种谱髌图夹g篇兩大部分，希望讀者結合動畫制作中的實際體驗來理解計算機動畫的技術原理。本書內容的這種安排，不同于一般的計算機動畫制作書籍，也有別于經典的計算機圖形學教科書，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原理的參考書。

內容概要

《計算機動畫制作與技術》分制作篇和技術篇兩大部分。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)的硬件結構和制作軟件。技術篇結合制作實例，從計算機圖形學的角度分析實現計算機動畫的技術原理，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容，基本涵蓋了計算機動畫的各個主要技術。    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，還應該熟悉計算機動畫的實現原理，理解制作過程中的各種操作、命令的技術含義，這無疑將大大提高動畫創(chuàng)作人員的技術水平?！队嬎銠C動畫制作與技術》一書將計算機動畫制作技巧與技術原理有機地結合起來，不同于常見的計算機動畫制作書籍，也有別于經典的計算機圖形學教科書，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習計算機動畫技術原理的參考書。    本書在作者多年來為大學本科生講授“計算機動畫基礎”課程的基礎上編寫而成，適合作為影視、數字媒體、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)人員的技術參考書。

書籍目錄

制作篇　第1章  動畫基礎知識  　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  實現計算機動畫的關鍵技術　  1.7  計算機動畫的應用與發(fā)展　    1.7.1  計算機動畫的應用　    1.7.2  計算機動畫在電影業(yè)的發(fā)展  　　習題　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  認識3ds Max　第5章  三維計算機動畫的制作技術篇　第6章  圖形學基礎知識　第7章  曲線與曲面　第8章  建模方法與造型技術　第9章  計算機動畫基本技術　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

章節(jié)摘錄

　　物體的運動可以分為運動學和動力學兩類。運動學通過運動參數（位置、速度和加速度）曲線等來控制物體的運動規(guī)律，并不涉及物體的內在屬性和外力因素。動力學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。　　如果只是從運動學的角度出發(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，除非用戶給定的關鍵參數及所采用的中間幀插值模型恰好符合物體的動力學特性，但這往往很難做到?；陉P鍵幀技術的物體運動就屬于運動學系統(tǒng)，通過用戶交互確定一些關鍵參數來控制對象的運動規(guī)律，而這些參數的變化只涉及到不同關鍵幀時刻參數的大小和變化速度，并沒有考慮物體內在屬性和外力影響等動力學特性。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\動學系統(tǒng)，動力學系統(tǒng)建立在自然界客觀運動和變化規(guī)律之上，根據所模擬物體的不同屬性，系統(tǒng)為其建立相應的物理模型，因此動畫設計者使用動力學系統(tǒng)時不必考慮外力影響下物體不同時刻的關鍵幀參數，只需設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的動力學運動方程，得到每一時刻物體的位置、方向以及幾何形狀等參數，由這些參數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，用戶只需設置皮球的質量、體積、剛度和彈性等物理屬性以及重力等環(huán)境參數，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)生變形并反復彈跳的整個過程。顯然，基于物理的動力學系統(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量和效率。　　各類物體性質不一，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，正弦函數幅度的衰減速率根據皮球的質量、大小、彈性、摩擦力等因素確定，利用正弦函數的衰減幅度去控制皮球彈跳的高度，實現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的發(fā)展，出現了許多比關鍵幀技術更加方便有效的動畫技術，包括過程動畫、基于物理的動畫、關節(jié)動畫等，這些高級動畫技術采用基于物理的模型和算法來代替人工設置方法自動生成一系列關鍵幀值。圖9.35（a）是采用基于物理模型的動力學動畫系統(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置關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的最新發(fā)展；注重理論與實踐相結合；提供配套的教學資源解決方案。

圖書封面

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