计算机动画算法与技术（第3版） pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] Rick，Parent 著，刘，祎 译

图书标签:

• 计算机动画
• 动画算法
• 图形学
• 渲染
• 建模
• 动画技术
• 计算机图形学
• 动画原理
• 算法
• 技术

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302485803

版次：3

商品编码：12346388

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-02-01

用纸：纯质纸

页数：453

字数：716000

内容简介

本书详细阐述了与计算机动画算法相关的高效解决方案及相应的数据结构和算法，主要包括技术背景知识、插值技术、插值动画技术、运动链接、运动捕捉、物理动画、流体、人物角色的建模和动画、面部动画、建模行为以及特殊动画模型等内容。此外，本书还提供了相应的算法、代码以及伪代码，以帮助读者进一步理解相关方案的实现过程。

本书适合作为高等院校计算机及相关专业的教材和教学参考书，也可作为相关开发人员的自学教材和参考手册。

目录

目 录

第1章 概述 1

1.1 运动感知 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 迪士尼 7

1.2.4 其他技术 8

1.2.5 其他动画媒介 8

1.3 动画制作 8

1.3.1 动画原理 11

1.3.2 电影制作原理 12

1.3.3 声音 14

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 17

1.4.3 数字视频 20

1.4.4 数字音频 20

1.5 计算机动画简史 21

1.5.1 早期行为（1980年之前） 21

1.5.2 中期阶段（20世纪80年代） 24

1.5.3 新纪元（20世纪80年代以后） 25

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 39

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 49

2.2.1 定角表达 50

2.2.2 欧拉角表达 51

2.2.3 轴角表达 52

2.2.4 四元数表达 53

2.2.5 指数映射表达 55

2.3 本章小结 55

参考文献 55

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 83

3.4 与路径协同工作 87

3.4.1 路径移动 87

3.4.2 基于路径的方向 88

3.4.3 基于路径平滑操作 91

3.4.4 沿表面确定路径 96

3.4.5 路径计算 97

3.4.6 综述 98

3.5 本章小结 98

参考文献 98

第4章 插值动画技术 101

4.1 关键帧系统 101

4.2 动画语言 104

4.2.1 面向设计人员的动画语言 105

4.2.2 基于动画设计的全功能程序语言 106

4.2.3 关联变量 106

4.2.4 图形语言 107

4.2.5 基于角色的动画语言 107

4.3 对象的变形操作 108

4.3.1 拾取和拖曳 108

4.3.2 嵌入空间的变形 110

4.4 三维形状插值方案 120

4.4.1 匹配拓扑结构 121

4.4.2 星形多面体 122

4.4.3 轴向切面 123

4.4.4 球体映射 125

4.4.5 递归细分 128

4.5 变形效果（二维） 130

4.5.1 坐标网格方案 130

4.5.2 特征变形 135

4.6 本章小结 140

参考文献 140

第5章 运动链接 143

5.1 层次结构建模 144

5.1.1 基于层次建模的数据结构 145

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 157

5.3.4 综述 163

5.4 本章小结 163

参考文献 163

第6章 运动捕捉 165

6.1 运动捕捉技术 165

6.2 图像处理 166

6.3 相机校正 168

6.4 三维位置重构 169

6.4.1 多标记 170

6.4.2 多相机 171

6.5 骨骼匹配 171

6.6 从运动捕捉系统中输出内容 172

6.7 操控运动捕捉数据 174

6.7.1 信号处理 174

6.7.2 运动重定位 174

6.7.3 运动组合 175

6.8 本章小结 175

参考文献 176

第7章 物理动画 177

7.1 基本物理学知识 177

7.2 弹性动画示例 180

7.2.1 弹性对象 180

7.2.2 虚拟弹簧 182

7.3 粒子系统 183

7.3.1 生成粒子 183

7.3.2 粒子属性 184

7.3.3 粒子消亡 184

7.3.4 粒子动画 184

7.3.5 粒子渲染 185

7.3.6 粒子系统表达 185

7.3.7 粒子受力状态 186

7.3.8 粒子生命周期 186

7.4 刚体模拟 186

7.4.1 自由落体 187

7.4.2 碰撞体 195

7.4.3 基于链接层次结构的动力学 206

7.5 布料 208

7.5.1 褶皱的直接建模 209

7.5.2 物理建模 212

7.6 软约束条件和硬约束条件 215

7.6.1 能量最小化 216

7.6.2 空间-时间约束条件 218

7.7 本章小结 220

参考文献 220

第8章 流体：液体和气体 223

8.1 特定流体模型 223

8.1.1 水流模型 223

8.1.2 云彩模型和动画 232

8.1.3 火焰建模和动画 237

8.1.4 综述 239

8.2 计算流体动力学 239

8.2.1 流体建模的通用解决方案 240

8.2.2 CFD方程 241

8.2.3 网格方案 244

8.2.4 包含均匀粒子流体动力学的粒子方案 245

8.3 本章小结 247

参考文献 248

第9章 人物角色的建模和动画 251

9.1 虚拟人物表现方式 251

9.1.1 躯体几何体的表达方式 252

9.1.2 几何体数据采集 253

9.1.3 几何体变形 254

9.1.4 表面细节 254

9.1.5 人物角色建模过程中的层次方案 255

9.2 搜索和抓取行为 258

9.2.1 手臂建模 259

9.2.2 肩部关节 261

9.2.3 手部 261

9.2.4 协调的运动行为 263

9.2.5 回避障碍物 263

9.2.6 受力状态 264

9.3 行走效果 265

9.3.1 运动机制 266

9.3.2 行进过程中的动力学 269

9.3.3 基于动力学的真实运动行为 272

9.3.4 前向动力学控制 273

9.3.5 综述 273

9.4 覆盖特征 274

9.4.1 布料和服装 274

9.4.2 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 297

10.3.5 综述 298

10.4 口型动画 298

10.4.1 语音发声 298

10.4.2 音素 299

10.4.3 协同发音 300

10.4.4 韵律学 301

10.5 本章小结 301

参考文献 301

第11章 建模行为 305

11.1 原始行为 307

11.1.1 群集行为 307

11.1.2 捕食行为 316

11.2 环境认知 316

11.2.1 视觉 317

11.2.2 记忆 318

11.3 智能行为建模 318

11.3.1 自主行为 319

11.3.2 表达方式和姿态 320

11.3.3 个性化建模：个性和情感状态 321

11.4 群体管理 322

11.4.1 群体行为 323

11.4.2 内部结构 323

11.4.3 群体控制 324

11.4.4 n2复杂度管理 324

11.4.5 外观效果 325

11.5 本章小结 325

参考文献 325

第12章 特殊动画模型 329

12.1 隐式表面 329

12.1.1 基本的隐式表面方程 329

12.1.2 基于隐式定义对象的动画效果 331

12.1.3 碰撞检测 332

12.1.4 基于碰撞的隐式表面变形 332

12.1.5 Level Set法 334

12.1.6 综述 335

12.2 植物 335

12.2.1 植物学简介 336

12.2.2 L系统 337

12.2.3 综述 343

12.3 表面细分 344

12.4 本章小结 345

参考文献 345

附录A 渲染技术 349

A.1 双缓冲区机制 349

A.2 合成机制 350

A.2.1 忽略像素深度信息的合成技术 351

A.2.2 基于像素深度信息的合成技术 355

A.3 显示运动对象：运动模糊 357

A.4 投影式阴影 359

A.5 广告牌和替身图技术 363

A.6 小结 364

参考文献 364

附录B 背景知识和技术 367

B.1 向量和矩阵 367

B.1.1 逆矩阵和线性方程求解 368

B.1.2 奇值分解法 374

B.2 几何计算 374

B.2.1 向量分量 375

B.2.2 向量长度 375

B.2.3 两向量的点和计算 375

B.2.4 两向量的叉积计算 376

B.2.5 向量和矩阵计算法则 377

B.2.6 三维空间内两直线间的最近点 380

B.2.7 面积计算 381

B.2.8 余弦定理 382

B.2.9 质心坐标 383

B.2.10 计算包围边界形状 383

B.3 变换操作 396

B.3.1 基于向量-矩阵乘法的顶点变换 396

B.3.2 基于向量-矩阵乘法的向量变换 397

B.3.3 轴-角旋转 398

B.3.4 四元数 398

B.4 基于链接附肢的Denavit-Hartenberg 表现形式 400

B.4.1 Denavit-Hartenberg表示法 400

B.4.2 简单示例 403

B.4.3 添加球状关节 403

B.4.4 构建坐标系 405

B.5 插值计算和近似曲线 405

B.5.1 方程：基本术语 405

B.5.2 简单的线性插值计算：几何体和代数形式 407

B.5.3 基于弧长的参数化操作 408

B.5.4 导数计算 408

B.5.5 Hermite插值计算 408

B.5.6 Catmull-Rom样条 409

B.5.7 4顶点形式 412

B.5.8 混合抛物线 412

B.5.9 Bezier插值/逼近方案 413

B.5.10 基于De Casteljau构造方案的Bezier曲线 414

B.5.11 张力、连续性以及偏移控制 414

B.5.12 B样条 417

B.5.13 曲线与顶点集合之间的匹配 417

B.6 随机性 418

B.6.1 噪声 419

B.6.2 扰动效果 421

B.6.3 随机数生成器 422

B.7 物理初探 423

B.7.1 位置、速度和加速度 423

B.7.2 圆周运动 424

B.7.3 牛顿运动定律 425

B.7.4 惯性和惯性参考坐标系 425

B.7.5 质心 426

B.7.6 转矩 426

B.7.7 平衡状态：平衡作用力 426

B.7.8 重力 427

B.7.9 向心力 427

B.7.10 接触力 427

B.7.11 离心力 429

B.7.12 功和势能 429

B.7.13 动能 429

B.7.14 能量守恒 430

B.7.15 动量守恒 430

B.7.16 振荡运动 430

B.7.17 阻尼机制 431

B.7.18 角动量 431

B.7.19 惯性张量 431

B.8 数值积分 432

B.8.1 基于弧长的函数积分计算 433

B.8.2 更新函数值 434

B.8.3 更新位置数据 437

B.9 优化技术 438

B.9.1 解析法 439

B.9.2 数值法 439

B.10 电影技术标准 441

B.10.1 模拟技术 441

B.10.2 数字世界 445

B.11 相机校正 448

参考文献 451

前言/序言

前 言

总述

针对定义和生成图形对象，即计算机动画，本书主要讲述对应的计算机算法以及程序设计技术，且集中讲解三维（3D）领域中的计算机动画内容。因此，本书适用于计算机科学与技术方向的高年级本科生以及研究生。而对于那些期望学习计算机动画程序设计的程序员、使用软件工具生成计算机动画（并尝试理解动画制作软件中的底层计算问题）的制作人员，本书也将大有裨益。

本书的出版应是意料之中的事情—近年来，计算机动画获得了长足的发展，且广泛地出现于科研领域、学术领域，并带来了一定的就业机会，甚至一些人还将其视为一项终生爱好。

目前，影片大多采用数字方式存储，并引入了数字特效（通常称作计算机图像合成，简称为CGI）。来自互联网电影数据库（网址为www.imdb.com）2007年6月的一份资料显示，前10名的美国影片（数据源于北美电影票房排行榜）均广泛地采用了CGI技术。

不难发现，计算机动画影片已具有相当的票房号召力，根据不完全统计，每5部上榜电影中就有1部为计算机动画电影。2001—2006年，数字图像技术领域出现了27位“科技成就奖”与“科学和工程奖”获得者。每年，计算机动画还为游戏产业创造了不低于70亿美金的收益。当前，功能强大的动画软件、低廉的CPU价格以及高存储量的家庭数字视频录像设备均使得桌面级计算机动画成为可能。大多数教育部门（如计算机科学系）均开设了与计算机动画相关的课程（以及相关的艺术课程，进而培养数字艺术家熟练地使用现有的计算机动画软件）。在计算机动画算法方面，学术会议以及相关期刊也记录了业界的发展现况。

本书对于实际操作过程中的相关问题均有所描述，并提供了可行性技术以及相对直观的实现方案。除了某些研究方向之外，本书尽量避免纯理论方式的讨论。本书中的部分示例程序为完整的可执行代码，此类代码采用C语言编写，复制、编译以及运行之后，即可生成算法结果；其他程序设计示例则采用类C伪代码加以编写，并可在适当的时候转换为可执行工作代码。这里，采用C语言编写代码的主要原因是，该语言包含了其他语言（如C++语言和Java语言）的基础特性，并可彰显算法的逐步操作过程。本书附录包含了与此相关的基础内容，初学者可获取其中的有用内容以及实现过程中的特定算法。

本书并不打算详细介绍当今流行的动画软件包的使用方法（当然，也不排除针对某一类特定技术讨论软件的使用，这将有助于深入理解底层计算过程），也不会具体阐述计算机动画理论、计算机动画美学知识、动画设计过程中的美学问题、动画作品制作过程中的细节问题以及计算机辅助动画（此类问题是指传统手绘动画的计算机化操作，多数时候，该问题包含一套自身的规则集，参见结尾处参考文献1、2），而是主要讨论全三维计算机动画及其算法技术，动画制作人员和程序员可藉此以有趣的方式移动对象。尽管本书重点阐述3D技术，但2D技术依然十分重要。

计算机动画程序设计的基本目标是选择适当的技术和设计工具，以使动画设计人员表达丰富的细节，进而确定期望的内容；同时，相关技术和工具还应具备强大的功能，以使动画设计人员从枯燥的细节设定中解脱出来。然而，针对每一位动画设计人员、每一部动画作品，甚至是一部动画作品中的各个场景，通常不存在一类全功能的软件工具。这里，特定的动画工具往往取决于期望中的制作效果以及制作人员的控制过程。根据不同的模拟内容，动画艺术作品常需要使用不同的软件工具，因此，各类处理方案也层出不穷。

本书组织方式

第1章综合探讨了与计算机动画相关的问题，包括感知、手绘动画技术发展史、动画作品的测算方式以及计算机动画发展简史，相关内容提供了动画艺术与制作的广阔视角。

第2章讲述了必要的背景知识以及与动画相关的计算机图形学内容，并对计算机图形学中的计算问题进行了回顾，为后续学习打下坚实的基础，其中包括对渲染管线的回顾以及对转换顺序的讨论，以降低一系列计算所产生的舍入误差。另外，本章还讲解了基于方向表达的四元数形式。如果读者具有丰富的计算机图形学知识，则可跳过相关知识点，甚至整章内容。

第3章和第4章重点介绍插值技术。其中，第3章介绍与插值技术相关的基础知识，包括时间-空间曲线、曲线的弧长参数化操作以及曲线上的速度控制，随后还讨论了基于四元数的方向插值计算，且各类方案均与路径结合使用。第4章阐述了基于插值方案的动画技术，包括关键帧插值、动画语言以及形状插值。

第5章和第6章主要涉及关节型角色的动力学控制问题。其中，第5章讨论链接附肢的动力学方案，且同时涉及正向动力学和逆向动力学，并对正向动力学专门加以介绍。第6章讨论与运动捕捉（mocap）相关的基础内容，包括标记的处理方式以及运动捕捉结果数据的调校过程。

第7章和第8章讨论与动画相关的、真实世界的建模处理过程。其中，第7章探讨基于物理的动画、弹簧-阻尼系统、粒子系统、刚体动力学以及强制型约束条件。第8章介绍流体建模和动画技术，且分别论述了流体宏观特征处理模型以及计算流体动力学。

第9~11章讨论人类和其他动物的动画行为。其中，第9章主要介绍角色动画，包括建模操作、抵达行为、行走行为、布料以及头发。第10章则探讨面部动画，包括面部建模、表情以及口型动画。第11章讨论行为动画，包括群集行为、捕食者模型以及群体行为。

第12章阐述了某些特定模型，包括隐式表面、L系统以及表面细分操作。

附录A展示了与计算机动画相关的、图像生成过程中所涉及的渲染问题，如双缓冲机制、合成操作、运动模糊以及阴影效果。这里，假设读者已了解帧缓冲区、z缓冲显示算法以及抗锯齿操作等内容。

附录B讲述了原理型知识点，包括插值计算和逼近技术、向量代数和矩阵、四元数演示代码、物理学第一定律、数值技术以及电影、视频、图像格式属性。

关于作者

Rick Parent现任俄亥俄州立大学（OSU）计算机科学与工程系教授一职。在学生时期，Rick就开始在俄亥俄州立大学的计算机图形学研发中心（CGRG）工作，并接受Charles Csuri的悉心指导。1977年，他获得计算机和信息科学（CIS）博士学位，主攻方向为人工智能。在随后的3年中，他以助理研究员的身份工作于CGRG，并逐步晋升为副主管。1980年，他与其他人共同创建了The Computer Animation Company并莅任主席一职。1985年，他再次加入俄亥俄州立大学的CIS系（现称为计算机科学与工程系）。Rick的研究兴趣涉及计算机动画的方方面面，但主攻方向为人物角色动画。目前，Rick的研究课题包括面部动画以及通过模型技术跟踪视频中的人物角色。

致谢

本书的出版得到了多方人士的鼎力支持。这里，首先要感谢我的妻子Arlene，她的奉献精神使得本书得以如期出版。作为本书的第一位读者，在她的帮助下，本书的可读性获得了极大的提升。

总的来说，感谢那些我有幸认识以及共事多年的学生们，他们对这个领域的共同兴趣、知识以及对这个领域的热情也使我受益匪浅，在此也向Doug Roble、John Chadwick、Dave Haumann、Dave Ebert、Matt Lewis、Karan Singh、teve May、James Hahn、Ferdi Scheepers、Dave Miller、Beth Hofer、Madhavi Muppala、Domin Lee、Kevin Rogers、Brent Watkins、Brad Winemiller、Meg Geroch、Lawson Wade、Arun Somasundaram、Scott King、Scott (Slim) Whitman表示感谢（如有遗漏敬请原谅）。

我还要感谢那些多年来为本书提供反馈意见（无论是好是坏）的读者，特别是科罗拉多州立大学的Philip Schlup博士、卡尔加里大学的Brian Wyvill博士，以及华沙大学的Przemyslaw Kiciak博士。

另外，这里还要感谢俄亥俄州立大学计算机科学与工程系（Xiaodong Zhang）、艺术与设计高级计算中心（Maria Palazzi）以及Morgan Kaufmann出版社的全体工作人员。

参考文献

1. All Time Grossing Movies. In: The Internet Movie Database (IMDB). IMDb.com, Inc 2012; http://www.imdb.com/boxoffice/alltimegross; 2012; Web. 26 March 2012.

2. Scientific and Technical Awards. In: Academy of Motion Picture Arts and Sciences. 2012; http://www.oscars.org/awards/scitech/index.html; 2012; Web. 26 March 2012.

3. Industry facts. In: The Entertainment Software Association (ESA). 2012; http://www.theesa. com/facts/index.asp; 2012; Web. 26 March 2012.

4. Catmull E. The Problems of Computer-Assisted Animation. In: 1978; 348-353. Computer Graphics. vol. 12(3). August Atlanta, Ga.;.

5. Levoy M. A Color Animation System Based on the Multiplane Technique. In: George J, ed. July 1977; 65-71. Computer Graphics. vol 11(2). San Jose, Calif.

《数字世界的魔法：计算机图形学入门》 本书旨在为初学者揭开计算机图形学的神秘面纱，深入浅出地介绍其核心概念、关键技术与实际应用。它并非一本仅限于理论堆砌的教材，而是通过生动有趣的语言和丰富的实例，带领读者一步步走进数字影像的奇妙世界。从最基础的像素点构建，到复杂的三维场景渲染，本书将为您勾勒出一幅清晰的计算机图形学全景图。 第一部分：像素的舞蹈——二维图形的基石 在数字世界的构建中，一切都始于最基本的单元：像素。本书将从这里开始，为您解析像素的本质，以及如何通过对像素的操作来绘制出各种二维图形。 像素与分辨率： 我们将首先探讨像素的含义，理解其作为图像最小显示单位的重要性。接着，深入讲解分辨率的概念，它如何影响图像的清晰度和细节表现，以及在不同媒介（如屏幕、打印）下的考量。 向量图形与位图图形： 读者将学习区分两种截然不同的图形表示方式：向量图形和位图图形。向量图形以数学公式描述，可以无限放大而不失真，常用于Logo、图标设计；而位图图形则由像素网格组成，在放大时可能出现锯齿，广泛应用于照片和绘画。本书将介绍它们各自的优缺点、生成方式以及适用的场景。 绘制基本几何图形： 学习如何使用算法绘制直线、圆、椭圆等基本几何图形。我们将详细解析DDA算法、中点画线算法、Bresenham算法等经典算法的原理与实现，理解它们如何高效地在离散的像素网格上生成平滑的曲线和直线。 曲线与多边形的绘制： 进一步探索更复杂的二维形状，如贝塞尔曲线、B-样条曲线等。我们将介绍这些曲线的数学定义和绘制方法，以及如何利用它们创建平滑自然的过渡效果。同时，读者还将学习如何绘制和填充多边形，包括各种填充算法，如扫描线填充算法、种子填充算法等，理解它们在填充区域时的差异和应用。 颜色模型与色彩空间： 颜色是视觉信息的关键组成部分。本书将深入讲解RGB、CMYK、HSV等常见的颜色模型，阐述它们在不同应用场景下的作用。同时，我们将探讨色彩空间的概念，理解不同色彩空间之间的转换，以及如何准确地表示和控制颜色，以实现一致的视觉效果。 图像变换： 学习如何对二维图像进行各种变换，包括平移、旋转、缩放、剪切等。我们将介绍这些变换的数学原理，以及如何通过矩阵运算来实现。这些变换是图像处理和动画制作的基础，能够实现各种动态效果和视觉扭曲。 图像滤波与处理： 探索图像的增强和处理技术。我们将介绍滤波器（如高斯模糊、锐化）的工作原理，理解它们如何改变图像的视觉特征，以达到去噪、突出细节等目的。同时，还将涉及一些基本的图像分割和边缘检测技术。 第二部分：空间的构建——三维图形的奥秘 从二维平面走向三维立体，计算机图形学将迎来更为广阔的天地。本部分将带领读者进入三维世界的构建之旅。 三维坐标系与几何表示： 建立对三维空间的概念，理解三维坐标系的构成。我们将介绍点、线、面等基本几何元素的表示方法，以及如何使用顶点、边、面等概念来构建三维模型。 三维模型创建： 学习不同的三维模型创建技术。我们将介绍多边形建模（Polygon Modeling）的基本流程，包括顶点、边、面的操作，以及如何通过组合和修改基本图元来创建复杂的物体。此外，还将触及一些其他建模方法，如细分曲面（Subdivision Surfaces）和NURBS曲面（Non-Uniform Rational B-Splines），它们能够生成更为光滑和精细的曲面。 相机模型与视图变换： 理解“观察者”在三维空间中的视角是如何被模拟的。我们将详细讲解相机模型，包括其位置、方向、视角（Field of View）、投影方式（正交投影、透视投影）等。视图变换（View Transformation）将带领读者学习如何将世界坐标系中的物体转换到相机坐标系下，实现从不同角度观察场景。 投影变换： 将三维空间中的物体投影到二维屏幕上，是实现三维视觉效果的关键。本书将详细介绍透视投影（Perspective Projection）和正交投影（Orthographic Projection）的原理，以及它们如何模拟人眼观察世界的真实感。 光照与着色： 光照是决定物体外观和场景氛围的关键因素。我们将深入探讨各种光照模型，包括环境光（Ambient Light）、漫射光（Diffuse Light）、镜面反射光（Specular Light）等。通过理解光线与物体表面的交互，学习如何模拟逼真的光照效果，让三维物体看起来更具立体感和真实感。 着色模型与材质： 在理解光照原理的基础上，我们将进一步讲解着色模型（Shading Models），如Flat Shading、Gouraud Shading、Phong Shading等，以及它们在模拟表面平滑度、高光等方面的差异。同时，读者将学习如何为物体赋予不同的材质属性，例如颜色、纹理、反射率、透明度等，以达到丰富多样的视觉表现。 纹理映射： 纹理能够极大地丰富三维模型的细节和真实感。本书将详细介绍纹理映射（Texture Mapping）的技术，包括二维纹理在三维模型上的投影和映射方式。读者将学习如何将图片作为纹理贴到模型表面，模拟木材、石头、布料等各种材质的纹理效果，让三维场景更加生动逼真。 光线追踪与全局光照（初步）： 作为一种更高级的渲染技术，光线追踪（Ray Tracing）能够模拟更真实的反射、折射和阴影效果。本书将初步介绍光线追踪的基本原理，让读者对这种强大的渲染方法有所了解。同时，也将简要触及全局光照（Global Illumination）的概念，解释光线在场景中多次反射和散射如何影响整体光照效果。 第三部分：动态的艺术——动画与交互的实现 计算机图形学不仅创造静态的图像，更能赋予它们生命。本部分将聚焦于动画的制作和交互的实现。 关键帧动画： 学习最经典的动画制作技术——关键帧动画。本书将解析如何通过设定关键时间点的物体状态，由计算机自动生成中间帧，实现平滑的运动过渡。 插值技术： 深入理解各种插值技术在动画中的应用，如线性插值、样条插值等，它们如何影响动画的运动轨迹和节奏。 骨骼动画与蒙皮（初步）： 对于角色动画，骨骼动画（Skeletal Animation）是一种非常有效的方法。本书将初步介绍如何为三维模型添加骨骼，并通过控制骨骼的运动来驱动模型的形变，实现生动的人物动作。 粒子系统： 探索用于模拟烟、火、水、爆炸等特效的粒子系统（Particle Systems）。读者将学习如何通过控制粒子的生成、运动、生命周期和渲染来创建逼真的动态效果。 交互式图形： 计算机图形学并非仅仅用于制作预设的动画，更在于实时交互。本书将介绍如何处理用户的输入（如鼠标点击、键盘操作），并根据用户的指令实时更新和渲染图形，实现用户与虚拟世界的互动。 图形硬件加速（简介）： 简要介绍图形处理单元（GPU）在加速图形渲染中的作用，以及现代图形API（如OpenGL、DirectX）是如何工作的，让读者对高效图形处理的底层技术有所认识。 本书特色： 由浅入深，循序渐进： 从最基础的像素概念讲起，逐步深入到复杂的三维场景构建和动态效果的实现，确保不同基础的学习者都能轻松上手。 理论与实践结合： 在讲解核心概念的同时，穿插大量的实例和伪代码，帮助读者理解算法的实际应用。 丰富多样的应用场景： 涵盖游戏开发、影视特效、虚拟现实、可视化等多个领域的计算机图形学应用，激发读者的学习兴趣和应用潜力。 清晰易懂的语言： 避免使用过于晦涩的专业术语，力求用最直观、最易于理解的方式来阐述复杂的概念。 通过阅读本书，您将不仅掌握计算机图形学的基本原理和技术，更能点燃您在数字艺术和创新领域的无限想象力，开启您的数字世界探索之旅。

评分☆☆☆☆☆

当我翻开这本《计算机动画算法与技术（第3版）》时，我仿佛被带入了一个充满无限可能的数字创意世界。书中的内容涵盖了计算机动画制作的方方面面，从基础的数学原理，到复杂的算法实现，再到前沿的技术应用，都进行了详尽的介绍。我尤其惊叹于书中对各种模拟技术的深入剖析，比如模拟真实的物理运动，创建逼真的角色表情，以及构建宏大的虚拟场景。作者以非常清晰的思路，将复杂的概念分解，并通过大量的图例和代码示例，帮助读者理解抽象的算法。这本书的魅力在于，它不仅能够让你了解“如何做”，更能让你明白“为什么这么做”。它不仅仅是一本技术工具书，更是一本关于如何用技术创造艺术的书。我从中看到了许多令人振奋的创新思想，也感受到了技术发展给动画行业带来的巨大变革。这本书让我意识到，计算机动画不仅仅是简单的图像生成，更是一种将科学与艺术融为一体的强大表达方式。我迫不及待地想要将书中学到的知识运用到我的项目中，创造出更多令人惊叹的视觉作品。

评分☆☆☆☆☆

对于我这种已经在这个行业摸爬滚打多年的老兵来说，能够找到一本既能温故知新，又能带来新启发的书籍，实属不易。而这本《计算机动画算法与技术（第3版）》恰恰做到了这一点。书中对一些经典算法的梳理和讲解，依然是那么的精辟和深刻，让我对那些早已熟悉的原理有了更深层次的理解。同时，书中也引入了许多近年来发展迅速的新技术和新算法，比如在实时渲染、AI辅助动画等方面的内容，为我打开了新的视野。我特别欣赏书中对于不同算法的优劣势以及适用场景的分析，这对于我们在实际项目中选择合适的技术方案非常有指导意义。而且，这本书的结构安排也非常合理，循序渐进，既有理论深度，又不失实践指导意义。我经常在遇到技术难题时，翻开这本书，总能找到相关的论述，甚至能从中获得解决问题的灵感。这本书就像一个老朋友，总能在你需要的时候给予你最可靠的支持和最宝贵的建议。它不仅仅是一本技术书籍，更是一本行业智慧的结晶。

评分☆☆☆☆☆

这本书绝对是一场视觉盛宴，我花了整整一个下午沉浸在其中。翻开书页，就像走进了一个奇妙的数字世界，从那些令人惊叹的早期计算机动画示例，到如今可以逼真到以假乱真的CG特效，这本书就像一个时间胶囊，记录了这项技术一路走来的辉煌历程。我尤其被那些关于早期动画师们如何克服硬件限制，用智慧和创造力实现一个个技术突破的故事所吸引。那些手绘的草图、原始的代码片段，以及他们对于每一个像素的执着追求，都让我深感敬佩。而且，书中不仅仅是罗列技术名词，更重要的是它深入浅出地讲解了这些技术背后的艺术理念和科学原理。例如，关于动力学模拟的部分，我终于明白了那些流畅的布料飘动、岩石崩塌的震撼效果是怎么实现的，不仅仅是冰冷的公式，而是对物理世界规律的巧妙应用。作者的笔触细腻而充满热情，让我感觉像是在听一位经验丰富的艺术家和工程师娓娓道来他们的创作故事，而非枯燥的技术说明。那些案例分析更是点睛之笔，从经典动画电影的幕后故事，到现代游戏的视觉引擎解析，都让我看到了理论是如何转化为实践，并最终呈现在我们眼前的。我甚至觉得，这本书不仅仅是给技术从业者看的，任何对视觉艺术和科技创新感兴趣的人，都会从中获得巨大的启发和乐趣。

评分☆☆☆☆☆

我最近刚开始涉足3D建模领域，一直想找一本能够系统梳理这个行业的书籍。这本书简直就是我苦苦寻觅的宝藏！它以非常清晰的逻辑，从最基础的概念讲起，逐步深入到复杂的算法和技术。我特别喜欢它在介绍光线追踪和渲染技术时，那些深入浅出的讲解。我一直以为这些高深的术语离我很遥远，但书中通过大量的图示和通俗易懂的语言，让我明白了这些技术是如何让虚拟世界拥有逼真的光影效果的。而且，它还涉及了角色动画、粒子系统、布料模拟等多个方面，让我对整个动画制作流程有了非常全面的认识。这本书的优点在于，它既有广度，又有深度。它能够让你快速了解整个行业概貌，又能让你在感兴趣的领域进行深入钻研。我尤其欣赏作者在解释算法时，不仅仅是给出公式，还会穿插一些实际的应用场景，让我能够更好地理解这些算法的实际意义和作用。例如，在讲解骨骼动画时，书中就详细分析了如何通过骨骼的绑定和权重设置，来控制角色的每一个动作，这一点对于我这种初学者来说，真是太有帮助了。读这本书，感觉就像是请了一位经验丰富的导师在身边一对一地指导，随时解答我的困惑，让我少走了很多弯路。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我最开始拿到这本书的时候，并没有抱太大的期望，毕竟“算法”和“技术”这些词听起来就比较枯燥。但当我真正开始阅读的时候，我简直惊呆了！这本书完全颠覆了我对技术书籍的认知。它不仅仅是一本硬核的技术手册，更像是一部充满智慧和创意的百科全书。作者以非常生动的笔触，描绘了计算机动画从无到有的发展历程，以及其中涌现出的无数创新思想和技术突破。我被那些关于模拟真实世界物理现象的算法所震撼，比如流体模拟、碰撞检测等等。书中用大量的篇幅介绍了这些技术的原理和实现方式，而且讲解得非常透彻，即使是我这种对数学不太感冒的人，也能勉强理解。我尤其喜欢书中的案例分析，它选取了许多经典的动画作品和游戏，深入剖析了其中运用的关键技术。通过这些案例，我不仅学到了技术知识，更重要的是，我看到了技术如何与艺术完美结合，创造出令人惊叹的视觉效果。这本书让我对计算机动画这个领域产生了前所未有的兴趣，也让我看到了这个行业广阔的发展前景。我强烈推荐给所有对视觉特效、游戏开发、甚至只是对数字艺术充满好奇的人。