前言
随着计算机图形学技术的发展，3D动画技术、虚拟现实技术以及数字电影制作技术出现了空前的进步，令各领域的专家们都刮目相看，从而进一步激发出了大量的新应用、新热点。在军事演习、人群行为模拟、大型舞台节目设计、电影战争场面制作等应用中，由于涉及大量的运动人物或其他个体，因此达到理想的最终效果需要非常长时间的编排和训练，花费大量的人力物力。虚拟现实的发展为这类场景的设计提供了一个完善的仿真环境，通过设置个体的行为模式可以迅速地实现整体的场景效果，反之，还可以根据整体场景效果，计算出个体的行为模式，从而指导实际训练。
随着奥运会开幕式、阅兵式、国庆晚会等大型表演受到全国人民的喜爱，科研工作者对角色群组仿真技术也越来越关注。如何使用计算机仿真的方法，对实际演习、演练、编排起到更好的辅助与加速作用，并提高实际展现的效果水平，是一个热门的研究课题。
角色群组仿真技术是一种虚拟现实领域的技术，它通过计算机建模手段将最终场景中的实体进行建模，并通过骨骼、蒙皮动画等手段驱动场景中的实体，辅以大规模绘制技术，实现大规模运动角色的快速仿真。如在电影《指环王3：王者无敌》中6万人的战争场面，就是一个大规模群组运动仿真的典型应用。同时，角色群组仿真技术还包含场景编排的逆向过程，即将整体的场景效果，通过分解计算得到场景中每个个体的动作，这对于实现导演意图的快速编排具有极大的帮助。
在计算机图形学领域中，角色动作驱动、角色变形与角色快速绘制方法是角色仿真过程中的三个必要过程，也是大规模角色群组仿真的基础。针对这三方面的研究，近几年来，国内、国际的期刊均有相当多的论文发表。
本书以角色群组仿真技术的实现过程为主线，针对其所涉及的模型变形技术、模型驱动技术、快速绘制技术以及硬件加速技术进行探讨和阐述。在每章中，首先介绍这类技术的当前概况、技术原理以及主要实现方法，然后介绍本书作者所提出的新方法、新技术，并针对该技术的优越性与之前的方法进行对比，最后使用该方法实现应用实例，并展示实例结果。在每章的内容中，都引用了大量的参考文献，针对当前的技术概况进行了深入的分析与归纳总结，包含了大量的实例介绍和代码示例，具有一定的视角广度和技术深度。
本书针对角色群组仿真过程中几大模块的技术难点、重点进行了详尽的阐述，对技术的实现过程和应用实例进行了讲述，并概述了所涉及的图形学基础，以及图形硬件加速方法。本书的内容主要包含如下几部分：
（1）计算机图形学与群组仿真概述。该部分主要介绍群组仿真技术的应用背景、技术概要，群组仿真技术的几大模块的相互关系等内容。
（2）角色变形技术。变形技术是所有运动仿真技术的基础，所有运动的对象都将通过变形实现其运动。在本书中将分别介绍和研究针对2D图像角色和3D模型角色的运动变形技术。
（3）运动驱动技术。使角色真实地运动起来，需要准确且合理的运动数据。在本书中将分别就运动数据的获取与转换、迁移、应用等方面进行介绍和探讨性研究。
（4）快速绘制技术。随着群组仿真中运动个体的数量越来越多，绘制成为群组仿真的一个瓶颈。在本书中，将就当前的快速绘制技术进行介绍，并介绍本书作者在快速绘制方面所取得的一些研究成果。
（5）硬件加速技术。提高仿真与绘制速度，离不开计算机资源的有效利用，计算机图形硬件的发展，使得图形硬件成为一个重要的计算单元，目前最新的操作系统和大软件，均已公布将利用GPU（Graphics Process Unit，图形处理单元）提高运行效率的计划。本篇将介绍使用图形硬件进行开发的原理和步骤，以及在群组仿真中的具体实现方法。
本书可以作为运动角色仿真或角色群组仿真方面的参考书，还可以作为计算机图形学领域的技术研究人员的提高性参考书，对于图形硬件编程也具有一定的参考与实用意义。
本书的基础是作者本人博士研究期间所取得的成果，书中所附带的源代码均曾由作者本人调试通过并用于实验。在此感谢导师战守义教授、李凤霞教授对本人的精心指导，感谢本书作者原博士研究单位北京理工大学计算机学院的培养，感谢曾为本书作出贡献的同学、同事、朋友。本书的出版得到了北京工商大学各级领导的关心、支持和帮助，并得到了北京工商大学“北京市属市管高校人才强校计划”项目的资助，书中参考了国内外许多专家、学者的论著，在此一并致以衷心的感谢。
由于本书所涉及的课题内容较新，一些理论方法和技术还在继续研究之中，加之作者水平有限，书中错漏之处在所难免，欢迎读者批评指正。另外，由于本书涉及大量图形学的相关知识，或有个别引用遗漏之处，在此一并致歉。
作者
2011年4月