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第1章 概述1

1.1 感知2

1.2 动画发展简史3

1.2.1 早期设备4

1.2.2 早期传统动画5

1.2.3 迪斯尼7

1.2.4 其他技术8

1.2.5 其他动画媒介8

1.2.6 动画原理9

1.2.7 电影制作原理10

1.3 动画制作12

1.4 计算机动画制作15

1.4.1 计算机动画制作任务16

1.4.2 数字编辑18

1.4.3 数字视频20

1.4.4 数字音频21

1.5 计算机动画简史22

1.5.1 早期行为（1980年之前）22

1.5.2 中期行为（20世纪80年代）24

1.5.3 新纪元（20世纪80年代以后）26

1.6 本章小结29

参考文献29

第2章 技术背景知识33

2.1 空间与转换33

2.1.1 显示管线34

2.1.2 齐次坐标和转换矩阵38

2.1.3 复合转换：转换矩阵的累积操作38

2.1.4 基本的转换操作39

2.1.5 描述任意方向41

2.1.6 从矩阵中获取转换操作44

2.1.7 显示管线中的转换描述44

2.1.8 误差46

2.2 方向表达50

2.2.1 定角表达51

2.2.2 欧拉角表达52

2.2.3 轴角表达53

2.2.4 四元数表达54

2.2.5 指数映射表达55

2.3 本章小结56

参考文献56

第3章 插值技术57

3.1 插值计算57

3.1.1 生成函数57

3.1.2 综述60

3.2 曲线顶点的移动控制60

3.2.1 计算弧长61

3.2.2 速度控制73

3.2.3 易入／易出74

3.2.4 通用距离-时间函数80

3.2.5 匹配于位置-时间对的曲线82

3.3 方向插值84

3.4 与路径协同工作88

3.4.1 路径移动88

3.4.2 基于路径的方向88

3.4.3 基于路径平滑操作92

3.4.4 沿表面确定路径97

3.4.5 路径计算98

3.4.6 综述99

3.5 本章小结99

参考文献99

第4章 插值动画技术100

4.1 关键帧系统100

4.2 动画语言103

4.2.1 面向设计人员的动画语言104

4.2.2 基于动画设计的全功能程序语言105

4.2.3 关联变量105

4.2.4 图形语言105

4.2.5 基于角色的动画语言106

4.3 对象的变形操作107

4.3.1 拾取和拖曳107

4.3.2 嵌入空间的变形108

4.4 三维形状插值方案119

4.4.1 匹配拓扑结构120

4.4.2 星形多面体120

4.4.3 轴向切面121

4.4.4 球体映射123

4.4.5 递归细分127

4.4.6 综述129

4.5 变形效果（二维）129

4.5.1 坐标网格方案129

4.5.2 特征变形134

4.6 本章小结139

参考文献139

第5章 运动链接142

5.1 层次结构建模143

5.1.1 基于层次建模的数据结构144

5.1.2 局部坐标框架149

5.2 前向动力学150

5.3 逆向动力学151

5.3.1 通过解析法求解简单系统152

5.3.2 Jacobian方案153

5.3.3 逆向动力学的数值方案156

5.3.4 综述162

5.4 本章小结163

参考文献163

第6章 运动捕捉164

6.1 运动捕捉技术164

6.2 图像处理165

6.3 相机校正167

6.4 三维位置重构168

6.4.1 多标记169

6.4.2 多相机170

6.5 骨骼匹配170

6.6 从运动捕捉系统中输出内容171

6.7 操控运动捕捉数据172

6.7.1 信号处理173

6.7.2 运动重定位173

6.7.3 运动组合174

6.8 本章小结174

参考文献174

第7章 物理动画176

7.1 基本物理学知识176

7.2 弹性网格178

7.2.1 弹性对象178

7.2.2 虚拟弹簧181

7.3 粒子系统181

7.3.1 生成粒子182

7.3.2 粒子属性183

7.3.3 粒子消亡183

7.3.4 粒子动画183

7.3.5 粒子渲染183

7.3.6 粒子系统表达184

7.3.7 粒子受力状态184

7.3.8 粒子生命周期185

7.4 刚体模拟185

7.4.1 自由落体186

7.4.2 碰撞体194

7.4.3 基于链接层次结构的动力学205

7.4.4 综述208

7.5 软约束条件和硬约束条件208

7.5.1 能量最小化208

7.5.2 空间-时间约束条件211

7.6 本章小结212

参考文献213

第8章 流体：液体和气体216

8.1 特定流体模型216

8.1.1 水流模型216

8.1.2 云彩模型226

8.1.3 火焰建模234

8.1.4 综述236

8.2 计算流体动力学236

8.2.1 流体建模的通用解决方案237

8.2.2 CFD方程238

8.3 本章小结242

参考文献243

第9章 人物角色的建模和动画246

9.1 虚拟人物表现方式246

9.1.1 躯体几何体的表达方式247

9.1.2 几何体数据采集248

9.1.3 几何体变形249

9.1.4 表面细节249

9.1.5 人物角色建模过程中的层次方案250

9.2 搜索和抓取行为253

9.2.1 手臂建模254

9.2.2 肩部关节256

9.2.3 手部256

9.2.4 协调的运动行为258

9.2.5 回避障碍物258

9.2.6 受力状态259

9.3 行走效果260

9.3.1 运动机制261

9.3.2 行进过程中的动力学264

9.3.3 基于动力学的真实运动行为267

9.3.4 前向动力学控制268

9.3.5 综述268

9.4 人物的服饰269

9.4.1 布料和服装269

9.4.2 简单的悬垂方案269

9.4.3 布料内部结构272

9.4.4 头发274

9.5 本章小结276

参考文献277

第10章 面部动画283

10.1 面部结构283

10.1.1 解剖学结构283

10.1.2 面部行为编码系统285

10.2 面部模型286

10.2.1 创建连续的表面模型287

10.2.2 纹理292

10.3 脸部的动画效果293

10.3.1 参数化模型293

10.3.2 弯曲形状294

10.3.3 肌肉模型295

10.3.4 面部表情298

10.3.5 综述298

10.4 口型动画299

10.4.1 语音发声299

10.4.2 音素300

10.4.3 协同发音301

10.4.4 韵律学301

10.5 本章小结301

参考文献302

第11章 建模行为305

11.1 环境认知305

11.1.1 视觉306

11.1.2 记忆307

11.2 累计行为307

11.3 原始行为308

11.3.1 群集行为308

11.3.2 捕食行为317

11.4 智能行为建模317

11.4.1 自主行为318

11.4.2 表达方式和姿态320

11.4.3 个性化建模：个性和情感状态321

11.5 群体管理322

11.5.1 突发行为322

11.5.2 基于统计学的建模行为322

11.5.3 内部结构323

11.6 本章小结323

参考文献323

第12章 特殊动画模型327

12.1 隐式表面327

12.1.1 基本的隐式表面方程327

12.1.2 基于隐式定义对象的动画效果329

12.1.3 碰撞检测330

12.1.4 基于碰撞的隐式表面变形330

12.1.5 Level Set法332

12.1.6 综述333

12.2 植物333

12.2.1 植物学简介334

12.2.2 L系统335

12.3 表面细分342

12.4 本章小结343

参考文献343

附录A 渲染技术346

附录B 背景知识和技术364