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制作篇 2

第1章　动画基础知识 2

1.1　动画的基本概念 2

1.2　动画的类型 3

1.2.1　传统动画 3

1.2.2　计算机动画 11

1.3 传统笔绘动画的制作 12

1.3.1　前期制作 13

1.3.2 中期制作 16

1.3.3　后期制作 23

1.4　传统偶动画的制作 25

1.5　计算机动画的制作 26

1.5.1 二维计算机动画的制作 26

1.5.2　三维计算机动画的制作 27

1.6　实现计算机动画的关键技术 28

1.7　计算机动画的应用与发展 29

1.7.1 计算机动画的应用 29

1.7.2　计算机动画在电影业的发展 30

习题 34

第2章　计算机动画系统 35

2.1　计算机动画系统的组成 35

2.1.1　基本组成框架 35

2.1.2　图形显示系统 36

2.1.3　专用外围设备 37

2.2　图形工作站 37

2.2.1　PC图形工作站 37

2.2.2 UNIX图形工作站 43

2.3　动画制作软件 45

2.3.1　二维动画制作软件 45

2.3.2　三维动画制作软件 46

2.4　动画制作配套软件 49

2.4.1　图像处理软件 49

2.4.2　画面合成与特效制作软件 50

2.4.3　非线性编辑软件 51

2.4.4　其他应用软件和插件 52

习题 55

第3章　二维计算机动画的制作 56

3.1　二维动画软件简介 56

3.1.1 Animator 56

3.1.2 Animo 57

3.1.3 TOONZ 59

3.1.4　其他二维动画软件 61

3.2　使用Animo制作二维动画 65

3.2.1　基本工作流程 65

3.2.2　建立色彩模型 66

3.2.3　画稿上色 67

3.2.4　背景制作 67

3.2.5　合成与拍摄 67

3.3　Animo的主要模块 68

3.3.1　扫描图层模块 68

3.3.2　扫描背景模块 70

3.3.3 画面线条处理模块 72

3.3.4　上色模块 75

3.3.5　合成与拍摄模块 78

习题 86

第4章　认识3ds Max 87

4.1 主界面 87

4.2　主菜单 89

4.2.1　主菜单概况 89

4.2.2　文件菜单 91

4.2.3　编辑菜单 91

4.2.4　工具菜单 92

4.2.5　成组菜单 93

4.2.6　视图菜单 94

4.3　主工具栏 95

4.4　视窗及其控制 98

4.4.1　视窗属性菜单 98

4.4.2　视窗控制区 100

4.4.3　动画控制区 101

4.4.4　信息显示区 102

4.5　命令面板 103

4.5.1 创建面板 104

4.5.2　修改面板 104

4.5.3　层级面板 105

4.5.4　运动面板 105

4.5.5 显示面板 106

4.5.6　实用程序面板 106

4.6　常用的主界面快捷键 107

4.7　基本操作 109

4.7.1 选择操作 109

4.7.2　变换操作 110

4.7.3 坐标系统及选择 112

4.7.4　变换中心及选择 113

4.7.5 复制物体 113

习题 114

第5章　三维计算机动画的制作 115

5.1　创建物体模型 115

5.1.1　初始形体的类型 115

5.1.2　创建初始形体 117

5.1.3 修改器和修改面板 118

5.1.4　物体模型的编辑 122

5.2　材质与贴图 125

5.2.1 赋材质和贴图的流程 125

5.2.2　材质编辑器 125

5.2.3　材质类型 129

5.2.4　标准材质的编辑 130

5.2.5 贴图操作 134

5.2.6　贴图类型 136

5.2.7　标准材质的贴图 137

5.3 灯光 139

5.3.1　灯光的基本使用方法 139

5.3.2　常用灯光的类型 141

5.3.3 光源的布置 142

5.3.4　灯光参数的设置 143

5.4　摄像机 146

5.4.1　摄像机的基本使用方法 146

5.4.2　摄像机参数的调节 148

5.5　动画效果 150

5.5.1　关键帧动画的制作 150

5.5.2　关键值的编辑 152

5.5.3　动画的时间控制 154

5.6　渲染与后期处理 156

5.6.1　渲染操作 156

5.6.2　特效和环境效果 160

5.6.3　视频后期合成 160

习题 161

技术篇 164

第6章　图形学基础知识 164

6.1 图形与图像 164

6.1.1 图形与图像的概念 164

6.1.2　位图及位深度 165

6.1.3　矢量图 166

6.1.4　图元及其属性 167

6.2　色彩模型 167

6.2.1　颜色的色亮属性 167

6.2.2　三基色原理 168

6.2.3　色彩模型 169

6.3　表面及其法线 171

6.3.1　表面法线 171

6.3.2　平面法线的计算 173

6.4　几何变换 173

6.4.1　基本的二维几何变换 174

6.4.2　齐次坐标表示 176

6.4.3　二维复合变换 177

6.4.4　三维几何变换 177

习题 179

第7章 曲线与曲面 181

7.1　动画系统中的曲线和曲面 181

7.2 曲线和曲面的参数和非参数表示 183

7.2.1　非参数表示 183

7.2.2　参数表示 183

7.3 多边形 184

7.4　二次曲线和曲面 185

7.5　样条曲线 185

7.6　Bézier曲线 186

7.6.1　三次Bézier曲线 187

7.6.2　Bézier曲线的一般形式 187

7.6.3　分段Bézier曲线的连接 188

7.6.4　样条曲线及Bézier曲线的使用 189

7.7　NURBS曲线 191

7.7.1 B样条曲线 191

7.7.2　NURBS曲线 192

7.7.3 NURBS曲线的使用 193

7.8　样条曲面 194

7.8.1　样条曲面的定义 194

7.8.2　样条曲面的使用 194

7.8.3　多边形网格与样条曲面的比较 196

7.9　Metaball曲面 197

7.9.1　Metaball的基本概念 197

7.9.2　Metaball的数学模型 198

7.9.3　Metaball的使用 200

习题 202

第8章　建模方法与造型技术 203

8.1　概述 203

8.1.1　建模与造型的关系 203

8.1.2　三维建模方法 203

8.1.3　造型技术 205

8.2　使用动画软件建模 206

8.2.1 放样建模 207

8.2.2　合成建模 208

8.2.3　基于分形的建模 210

8.2.4　基于粒子系统的建模 210

8.2.5　基于物理的建模 212

8.3　其他建模方法 212

8.3.1 虚拟场景与实拍镜头的合成 212

8.3.2　使用3D扫描仪建模 213

8.3.3 基于图像的建模 216

8.4　几何造型技术 217

8.4.1　特征表示法 217

8.4.2　构造实体几何法 217

8.4.3　边界表示法 218

8.4.4　空间分割法 219

8.5　分形造型技术 220

8.5.1　分形的概念 220

8.5.2　Mandelbrot集和Julia集 222

8.5.3　随机位移模型 224

8.5.4　L-系统 225

8.6　粒子系统 225

8.6.1　粒子系统的概念 225

8.6.2　粒子物体的形成 226

8.6.3　粒子物体的渲染 227

8.7　基于物理的造型技术 228

8.7.1　质点弹簧模型 228

8.7.2　有限元方法和边界元方法 229

8.8　基于图像的三维重构技术 229

8.8.1　三维重构技术概况 229

8.8.2　计算机视觉系统 230

8.8.3　三维重构基本原理 231

习题 234

第9章　计算机动画基本技术 235

9.1　计算机动画的类型 235

9.2　关键帧动画技术 237

9.2.1　关键帧技术的概念 237

9.2.2　关键帧技术的类型 238

9.2.3　关键帧的插值计算 239

9.3　变形动画技术 243

9.3.1　变形动画技术的类型 243

9.3.2　二维图形渐变 244

9.3.3　二维图像渐变 247

9.3.4　三维形状渐变 251

9.3.5　整体和局部变形 253

9.3.6 自由变形（FFD） 254

9.3.7 基于参数曲线和曲面的FFD 259

9.3.8　基于约束的FFD 260

9.4　基于物理的动画技术 261

9.4.1　基于物理的动画技术概念 262

9.4.2　基于物理的动力学动画系统 263

9.4.3　动力学仿真 265

9.4.4　刚体的空间运动仿真 267

9.5　碰撞处理 268

9.5.1　碰撞处理框架 268

9.5.2　碰撞检测算法 269

9.5.3 相交测试 273

9.5.4　碰撞响应 274

9.6　关节动画技术 275

9.6.1　层次链接结构 275

9.6.2　关节链的状态求解 276

9.6.3　关节动画的制作 278

9.7　脚本动画技术 279

9.7.1　脚本动画程序的特点 280

9.7.2　脚本动画程序的运行 281

9.7.3　脚本动画程序的编写 282

习题 284

第10章　软体和流体的动画仿真 285

10.1　过程动画技术 285

10.2　布料的动画仿真 286

10.2.1　基于物理的软体变形 286

10.2.2　布料的仿真 287

10.3　植物的动画仿真 290

10.3.1　基于物理的仿真 290

10.3.2　基于过程的仿真 291

10.4　烟云的动画仿真 295

10.4.1　基于分形的仿真 295

10.4.2　基于细胞自动机的仿真 296

10.4.3　基于粒子系统的仿真 298

10.5　水的动画仿真 299

10.5.1　基于波形函数的仿真 299

10.5.2　基于物理的仿真 300

10.5.3　基于粒子系统的仿真 303

习题 304

第11章 人体动画、人脸动画和群体动画 305

11.1 概述 305

11.1.1 人体动画技术 305

11.1.2　人脸动画技术 306

11.1.3　群体动画技术 306

11.2　人体的几何模型 307

11.2.1　人体模型的类型 307

11.2.2　人体模型标准 308

11.3　人体的运动控制 310

11.3.1　运动学方法 310

11.3.2　动力学方法 312

11.3.3　运动捕捉方法 312

11.4　运动捕捉技术 313

11.4.1　运动捕捉系统的类型 313

11.4.2　基于视频的运动捕捉 314

11.4.3　运动数据编辑和重用技术 315

11.4.4　商业运动捕捉系统 316

11.5　使用CS模块制作人体动画 319

11.6　人脸的建模 321

11.6.1　人脸建模的方法 321

11.6.2　标准人脸模型 322

11.7　人脸的运动控制 324

11.7.1　关键帧插值方法 324

11.7.2　参数化方法 324

11.7.3　基于肌肉的方法 326

11.7.4　基于图像的方法 327

11.8　人脸动画驱动技术 330

11.8.1　视频驱动方法 330

11.8.2　动作驱动方法 330

11.8.3　语音驱动方法 331

11.8.4　文本驱动方法 331

11.9　群体的运动控制 332

11.9.1　群体运动控制模型 332

11.9.2　Boid模型和分层控制模式 334

11.9.3　ViCrowd模型 335

11.10　基于智能体的人工鱼系统 337

11.11 群体动画的建模和渲染 338

11.12　群体动画的制作 340

11.12.1　基于粒子系统的群体动画 340

11.12.2　群体动画模块和插件 341

11.12.3　专业群体动画软件 342

习题 344

第12章　动画系统的图形显示 345

12.1　动画图形显示流程 345

12.1.1 图形显示子系统的任务 345

12.1.2　图形生成和显示流程 346

12.2　观察和投影变换 348

12.2.1　观察坐标系 348

12.2.2　观察变换 349

12.2.3　投影方法 350

12.2.4　正交投影变换 352

12.2.5　透视投影变换 353

12.2.6　动画系统中的视图 354

12.3　裁剪和视窗变换 355

12.3.1　裁剪体 355

12.3.2　规范化变换 357

12.3.3　视窗变换 358

12.3.4　裁剪处理 360

12.4　扫描转换 362

12.4.1　画线算法 363

12.4.2　多边形的识别与分割 365

12.4.3　区域填色 367

12.5　计算机图形接口 369

12.5.1 计算机图形接口的作用 369

12.5.2　OpenGL简介 370

12.5.3　Direct3D简介 371

习题 372

第13章　真实感处理 374

13.1　不可见面的消隐 374

13.1.1　背面剔除算法 375

13.1.2　Z缓冲器算法 375

13.2　光照效果 377

13.2.1　光线与材质 377

13.2.2　光源 379

13.2.3　Phong光照模型 381

13.2.4　明暗处理算法 383

13.2.5　光线投射算法 384

13.2.6　光线跟踪算法 386

13.2.7　辐射度算法 388

13.2.8　阴影生成算法 390

13.3　纹理映射技术 391

13.3.1　纹理生成原理 391

13.3.2　纹理映射过程 395

13.3.3　贴图坐标 398

13.4　反走样技术 402

13.4.1　后过滤算法 403

13.4.2　前过滤算法 404

13.4.3　其他算法 404

13.5　动画系统中的渲染器 405

13.5.1　Scanline渲染器 405

13.5.2　Mental ray渲染器 407

13.5.3　VUE file渲染器 408

习题 409

参考文献 411