计算机图形学与角色群组仿真_计算机科学

1

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。...

2

第1章群组仿真相关技术概论

科学技术的发展极大地扩展了人们的视野，也极大地开拓了人们的知识面，同时为提高人们对信息的理解能力，增强人的知识接收能力作出了杰出贡献。据科学研究表明，人所获取的...

4

1.1 计算机图形学

“计算机图形学”是一门研究图形图像处理的学科，在英文中被称为Graphics，在国内它是计算机专业学生的一门必修课，针对该门课程的教材和参考书比比皆是，但笔者经...

5

1.1.1 计算机二维图形学

在计算机二维（2 Dimension，2D）图形学中，由于图形学算法的大量应用限制于计算机硬件的计算能力，研究者们在这方面花费了大量的精力，进行了深入的研究，也...

6

1.1.2 计算机三维图形学

随着图形学硬件的发展，人们对于视觉效果的追求也越来越高，技术人员的关注点也已不再是如何提高裁剪算法和扫描算法的速度，而是如何获得更优质的显示效果。在计算机图形...

7

1.2 计算机动画技术

随着计算机图形学和硬件技术的高速发展，越来越多的研究机构和商业机构加入到计算机动画领域，用计算机来生成各种以假乱真的虚拟场景画面和特技效果。在过去几十年里，计算...

8

1.3 虚拟现实技术

虚拟现实是做什么的？这是一个如此简单的问题，因为那么多的图形学元老以及专家们都曾给出过很明确的定义，如“利用计算机发展中的高科技手段构造的，使参与者获得与现实一...

9

1.4 群组仿真技术

回归本书的主题，群组仿真是做什么的？虚拟现实是一项综合集成技术，涉及计算机图形学、人机交互技术、传感技术、人工智能等领域，它用计算机生成逼真的三维视、听、嗅觉等...

10

1.5 计算机图形、图像、虚拟现实、群组仿真之间的关系

...

11

1.图形和图像的关系

在很多与计算机相关的分类中，常常将图形和图像分为同一个类属。尽管这两类技术有着千丝万缕的联系，但图形和图像技术有着很大的区别。图像和图形是在计算机中的两种不同...

12

2.虚拟现实与图形学的关系

虚拟现实是使用图形图像、声学、视觉、触觉等手段，使人产生沉浸感的一种手段，虚拟现实技术汇集了计算机图形学技术、多媒体技术、人工智能技术、人机接口技术、传感器技术...

13

3.虚拟现实与群组仿真的关系

群组仿真是虚拟现实的一个研究子领域。群组仿真是指在同一个场景中存在数量巨大的运动角色，并且每个群组中的角色运动存在一定的相似和重复的仿真形式，则这些角色的运动可...

14

1.6 群组仿真技术的应用实例

虚拟现实技术的发展和进步为社会发展提供了巨大的推动作用，目前许多实际项目在正式应用之前，都进行计算机仿真，以验证项目的可行性和实用性。得益于同行人士的努力，虚拟...

15

1.军事推演中的应用

虚拟现实与角色仿真技术最早的推动需求应该是来自于军事领域。以往的军事演习，都会耗费巨大的人力物力，亟需寻找一种便捷的、低成本的推演方式，而传统的推演方式，是使用...

16

2.应急推演中的应用

防患于未然是具有一定危险性行业（消防、电力、石油、矿产等）的关注重点，如何确保在事故来临之时做到损失最小，定期地执行应急推演是一种传统并有效的防患方式，但其弊端...

17

3.虚拟社区中的应用

数字城市曾经是一个很热门的研究方向，城市的数字化也是一个现代化发展的必然结果，在城市规划和城市建设中，利用虚拟现实技术，基于真实数据建立的数字模型组合成虚拟社区...

18

4.电影制作中的应用

电影制作从来就少不了特效的参与，数字化特效不仅仅能实现眼花缭乱的武打动作、不可思议的艺术效果，还可以实现千军万马的战争场面。在很多电影中都会需要角色群组仿真的技...

19

5.网络游戏中的应用

除电影外，许多三维网络游戏的开发过程也大量应用了群组仿真的技术。自从2001年第一款网络游戏开始在国内出现，游戏产业的发展得到了迅猛的发展，至2008年为止已达...

20

6.数字表演中的应用

随着大型晚会和大型运动场面的编排需求，数字表演慢慢走向大众视野，2008年北京奥运会开幕式同样也是群组仿真技术的一次应用，北京奥运会已过去两年多的时间，但相信开...

21

1.7 本章小结

本章针对计算机群组仿真技术相关的各项技术进行了简单介绍，引出计算机群组仿真技术领域，总结前人在相关领域的知识和现状。其中包括了计算机图形学技术、计算机动画技术、...

22

第2章群组仿真的关键技术

虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术[1，2]能够模仿人的视觉、听觉、触觉等感知功能，使人可以体验虚拟现实环境，并能与该环境相互作用。虚拟现实的...

23

2.1 运动角色仿真流程

真实感和实时性是所有虚拟现实仿真应用追求的两个目标，两者相互共存、相互制约。在群组运动角色仿真中，真实感体现为角色变形结果的真实感和运动动作的真实感，实时性体现...

24

2.2 角色动作驱动技术

为了更好地模拟人物或动物运动，获取更接近于真实的动作数据尤为重要。在计算机运动角色仿真应用中，最主要的动作获取对象是人，人物作为虚拟场景中的角色，一直是研究者感...

25

2.3 角色模型变形技术

长期以来，模型变形一直是计算机图形学领域的热点内容，与工程仿真中严格的力学变形不同，计算机图形学中模型变形普遍要求响应速度和逼真度的均衡，如何在满足实时要求的前...

26

2.3.1 传统变形方法

在传统的变形方法中，Barr[37]的整体和局部非线性变形是这一方面最早的工作，他推广了传统的造型操作，将变换表示为位置的函数，把变形操作分为Tapering、...

27

2.3.2 最新的模型变形方法

在最近几年里，研究者们针对角色图像的变形提出了使用几何网格覆盖变形角色图像，通过变形网格形状实现图像变形的方法，使用图形的方法解决图像的问题，如2005年Iga...

28

2.4 角色快速绘制技术

角色绘制根据对实时性的要求可分为非实时绘制和实时绘制[87]。非实时绘制侧重于角色模型的真实感，为了追求真实感不惜增加时间开销，主要应用于电影、电视、动画等方面...

29

2.5 图形硬件加速技术

GPU（Graphics Processing Unit）是由NVIDIA公司首先提出来的，1999年8月NVIDIA公司发布了全球第一颗GPU显卡——GPU-...

30

2.5.1 硬件加速机制

随着当前计算机性能的不断提高，应用范围越来越广泛，不同的计算任务和计算需求都在快速增长，这就决定了处理器朝着通用化和专用化两个方向飞速发展。一方面，以CPU为代...

《计算机图形学与角色群组仿真》简介

前言

目录

第1章群组仿真相关技术概论

1.1 计算机图形学

1.1.1 计算机二维图形学

1.1.2 计算机三维图形学

1.2 计算机动画技术

1.3 虚拟现实技术

1.4 群组仿真技术

1.5 计算机图形、图像、虚拟现实、群组仿真之间的关系

1.图形和图像的关系

2.虚拟现实与图形学的关系

3.虚拟现实与群组仿真的关系

1.6 群组仿真技术的应用实例

1.军事推演中的应用

2.应急推演中的应用

3.虚拟社区中的应用

4.电影制作中的应用

5.网络游戏中的应用

6.数字表演中的应用

1.7 本章小结

第2章群组仿真的关键技术

2.1 运动角色仿真流程

2.2 角色动作驱动技术

2.3 角色模型变形技术

2.3.1 传统变形方法

2.3.2 最新的模型变形方法

2.4 角色快速绘制技术

2.5 图形硬件加速技术

2.5.1 硬件加速机制

《计算机图形学与角色群组仿真》简介

前言

目录

第1章 群组仿真相关技术概论

1.1 计算机图形学

1.1.1 计算机二维图形学

1.1.2 计算机三维图形学

1.2 计算机动画技术

1.3 虚拟现实技术

1.4 群组仿真技术

1.5 计算机图形、图像、虚拟现实、群组仿真之间的关系

1.图形和图像的关系

2.虚拟现实与图形学的关系

3.虚拟现实与群组仿真的关系

1.6 群组仿真技术的应用实例

1.军事推演中的应用

2.应急推演中的应用

3.虚拟社区中的应用

4.电影制作中的应用

5.网络游戏中的应用

6.数字表演中的应用

1.7 本章小结

第2章 群组仿真的关键技术

2.1 运动角色仿真流程

2.2 角色动作驱动技术

2.3 角色模型变形技术

2.3.1 传统变形方法

2.3.2 最新的模型变形方法

2.4 角色快速绘制技术

2.5 图形硬件加速技术

2.5.1 硬件加速机制

第1章群组仿真相关技术概论

第2章群组仿真的关键技术