Physics Based Animation (Graphics Series)

Physics Based Animation (Graphics Series) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

出版者:Charles River Media
作者:Kenny Erleben
出品人:
页数:842
译者:
出版时间:2005-08-09
价格:USD 69.95
装帧:Hardcover
isbn号码:9781584503804
丛书系列:
图书标签:
  • Graphics
  • animation
  • 计算机
  • programming
  • 计算机科学
  • 经典
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  • 基于物理的动画
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具体描述

The booming computer games and animated movie industries continue to drive the graphics community's seemingly insatiable search for increased realism, believability, ad speed. To achieve the quality expected by audiences of today's games and movies, programmers need to understand and implement physics-based animation. To provide this understanding, this book is written to teach students and practitioners and theory behind the mathematical models and techniques required for physics-based animation. It does not teach the basic principles of animation, but rather how to transform theoretical techniques into practical skills. It details how the mathematical models are derived from physical and mathematical principles, and explains how these mathematical models are solved in an efficient, robust, and stable manner with a computer. This impressive and comprehensive volume covers all the issues involved in physics-based animation, including collision detection, geometry, mechanics, differential equations, matrices, quaternions, and more. There is excellent coverage of collision detection algorithms and a detailed overview of a physics system. In addition, numerous examples are provided along with detailed pseudo code for most of the algorithms. This book is ideal for students of animation, researchers in the field, and professionals working in the games and movie industries. Topics Covered: * The Kinematics: Articulated Figures, Forward and Inverse Kinematics, Motion Interpolation * Multibody Animation: Particle Systems, Continuum Models with Finite Differences, the Finite Element Method, Computational Fluid Dynamics * Collision Detection: Broad and Narrow Phase Collision Detection, Contact Determination, Bounding Volume Hierarchies, Feature-and Volume-Based Algorithms

《物理驱动的动画:图形学系列》是一部深入探讨如何将真实的物理学原理应用于计算机动画创作的著作。本书不仅仅是关于如何制作看起来逼真的动画,更是关于如何理解并利用物理规律来驱动动画的每一个细节,从而实现前所未有的真实感和表现力。 本书旨在为计算机图形学领域的学生、研究人员以及专业动画师提供一个坚实的理论基础和实用的技术指导。我们相信,只有深刻理解并恰当应用物理学,才能突破传统动画的局限,创造出真正令人信服且富有生命力的数字世界。 核心内容概述: 基础物理学原理在动画中的应用: 本书首先会回顾和阐述那些对动画至关重要的物理学概念,包括但不限于: 动力学 (Dynamics): 重点讲解牛顿运动定律(惯性、加速度、作用力与反作用力)如何描述物体的运动。我们将深入探讨质量、速度、加速度、力和力矩等基本量的计算方法,以及它们如何影响动画对象的行为。 刚体动力学 (Rigid Body Dynamics): 详细介绍刚体运动的数学模型,包括平移和旋转的组合。我们将学习如何模拟碰撞检测、摩擦、弹性和阻尼等现象,使得物体之间的交互更加真实。 软体动力学 (Soft Body Dynamics): 探索非刚性物体的变形和运动,如布料、毛发、流体和弹性质地物体。本书将介绍诸如质点-弹簧系统 (Mass-Spring Systems)、有限元方法 (Finite Element Methods - FEM) 和多柔体模拟 (Multi-Body Simulation) 等核心技术,来捕捉物体在受力时的弯曲、拉伸和压缩。 流体动力学 (Fluid Dynamics): 深入研究流体的行为,包括液体和气体的模拟。我们将学习如何利用纳维-斯托克斯方程 (Navier-Stokes Equations) 的离散化方法,如计算流体动力学 (Computational Fluid Dynamics - CFD) 的基本思想,来生成逼真的水流、烟雾、火焰和爆炸效果。 碰撞检测与响应 (Collision Detection and Response): 详细阐述识别和处理物体之间碰撞的方法,以及如何根据碰撞的性质来计算力的传递、能量的损失以及物体的反弹。我们将学习各种碰撞检测算法,如包围盒 (Bounding Boxes)、球体 (Spheres) 和凸多面体 (Convex Polyhedra) 的检测,以及响应算法,如脉冲响应 (Impulse Response)。 约束求解 (Constraint Solving): 介绍如何使用约束来限制物体的运动,例如关节连接、地面约束或用户定义的运动模式。我们将探讨各种约束求解技术,如迭代求解器 (Iterative Solvers) 和基于优化的方法 (Optimization-based Methods)。 实现技术与算法: 本书不仅停留在理论层面,还将重点介绍在实际动画制作中常用的实现技术和算法,包括: 数值积分方法 (Numerical Integration Methods): 讲解欧拉法 (Euler methods)、辛积分器 (Symplectic Integrators) 等数值方法在求解微分方程和更新物体状态时的应用,以及如何选择合适的积分器以保证稳定性和精度。 离散化技术 (Discretization Techniques): 介绍如何将连续的物理模型转化为计算机可以处理的离散形式,特别是在处理复杂几何体和变形时。 性能优化 (Performance Optimization): 探讨在保持物理真实性的前提下,提高模拟效率和帧率的各种技巧,包括空间划分 (Spatial Partitioning)、代理几何 (Proxy Geometry) 和并行计算 (Parallel Computation) 等。 高级主题与前沿研究: 为了让读者跟上计算机图形学领域的最新发展,本书还将涉及一些高级主题和前沿研究方向,例如: 基于物理的渲染 (Physically Based Rendering - PBR): 虽然本书主要关注动画,但也会触及光照和材质的物理属性如何在渲染中体现,以及它们如何与动画相结合以达到更佳的视觉效果。 机器学习与物理模拟的结合: 探讨如何利用机器学习技术来加速物理模拟、生成更自然的运动或从现有数据中学习物理规律。 交互式物理模拟 (Interactive Physics Simulation): 关注如何在实时交互的场景中实现高效且逼真的物理模拟,这对游戏开发和实时可视化至关重要。 本书特色: 理论与实践并重: 每一章都力求在阐述物理学原理的同时,提供清晰的算法描述和伪代码示例,帮助读者理解如何在实际的动画软件或引擎中实现这些技术。 循序渐进的学习路径: 内容设计从基础概念到复杂算法,确保不同背景的读者都能逐步掌握物理驱动动画的核心要义。 丰富的案例分析: 通过分析各种真实的动画场景和特效,展示物理学原理如何在实践中发挥关键作用,激发读者的创作灵感。 前沿视角: 涵盖了该领域最新的技术和研究方向,为读者提供对未来发展的洞察。 《物理驱动的动画:图形学系列》将成为您探索数字世界奥秘、创造震撼视觉体验的不可或缺的指南。通过本书的学习,您将能够构建出更加真实、动态且富有生命力的数字角色、场景和特效,真正掌握“让数字世界动起来”的艺术与科学。

作者简介

目录信息

读后感

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用户评价

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这套《Physics Based Animation (Graphics Series)》在我手上已经有一段时间了,我之前也读过一些关于计算机图形学的入门书籍,但说实话,它们大多停留在概念层面,或者只是一些基础算法的讲解。这本书的出现,就像是在我迷雾般视野中投下了一束清晰的光。它不仅仅是堆砌公式和理论,更重要的是,它将抽象的物理定律与生动的动画表现力完美地结合在了一起。我最欣赏的一点是,作者并没有回避那些可能让初学者望而却步的数学推导,而是以一种非常有条理的方式,逐步引导读者理解背后的原理。你会发现,那些看似复杂的微分方程,在解决了现实中的物理问题时,竟然如此优雅和强大。书中的例子也相当丰富,从简单的刚体碰撞到复杂的布料模拟,每一个章节都仿佛打开了一个新的世界。我尤其喜欢关于粒子系统和流体模拟的部分,读完之后,我才真正理解了为什么动画中那些水流和烟雾看起来如此逼真,这背后是多么精妙的物理计算和算法设计。对于那些真正想深入理解动画背后科学原理的人来说,这本书绝对是不可多得的宝藏。它让我从一个“看客”变成了能够“制造”逼真动态场景的“玩家”。

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作为一个在游戏开发领域摸爬滚打多年的从业者,我一直在寻找能够显著提升我项目视觉效果的技术。我接触过很多关于实时渲染和着色器的书籍,但对于如何让虚拟物体拥有“生命”和“质感”,总觉得缺少了点什么。直到我看到了《Physics Based Animation (Graphics Series)》,我才意识到,问题的关键在于物理模拟。《Physics Based Animation》这本书,简直就像是为我量身定做的。它不仅仅是一本教材,更是一本实用的技术手册。我最喜欢的地方在于,书中给出的许多算法和技术,都是可以直接应用到实际项目中的。比如,关于关节动力学和约束求解的部分,对于制作角色动画和物理交互至关重要。我能够清晰地看到,书中讲解的那些复杂的数学公式,是如何转化为游戏中那些角色流畅的动作、碰撞后的物体弹跳,以及场景中各种物件之间精妙的联动。作者在讲解过程中,充分考虑到了工程实现的效率和准确性之间的权衡,并提供了一些优化技巧。我尤其喜欢书中关于碰撞检测和响应的部分,它解释了如何高效地处理大量物体之间的碰撞,这对于大型多人在线游戏或者复杂的物理沙盒游戏来说,是至关重要的。这本书让我在技术层面得到了极大的启发,也让我对未来的开发有了更清晰的方向。

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这本书,我之前只是听过一些口头上的推荐,但一直没有机会真正静下心来仔细阅读。这次下定决心,把它从书架上拿了下来,事实证明,我的等待是值得的。我原本以为这会是一本非常“硬核”的物理学或者计算机科学的教科书,可能会充斥着晦涩难懂的公式和算法。然而,这本书给我带来了意想不到的惊喜。作者在内容编排上,做得非常出色,它循序渐进,从最基础的物理概念出发,逐步深入到复杂的模拟技术。我个人对物理学的背景知识不算特别扎实,但作者的讲解方式让我能够轻松跟上,甚至会主动去思考其中的逻辑。我特别喜欢书中关于“离散化”和“数值积分”的章节,这部分内容对于理解如何将连续的物理过程转化为计算机可以处理的模型至关重要。书中还详细讲解了各种数值方法的优缺点,以及如何在不同的场景下进行选择,这对于实际应用来说,具有非常高的参考价值。我印象最深刻的是关于“质点-弹簧系统”的介绍,它巧妙地将物理学的“力和弹簧”概念与动画的“形变”联系起来,构建出了一种非常直观的模拟方式。总而言之,这本书提供了一种非常全面且深入的视角,让我对基于物理的动画有了更深刻的认识,也激发了我对这个领域进一步探索的兴趣。

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老实说,我抱着一种既期待又忐忑的心情翻开了这本《Physics Based Animation (Graphics Series)》。我一直对那些能让虚拟世界栩栩如生的技术感到着迷,尤其是那些模拟真实世界物理特性的部分。然而,我对物理学的理解可能比一般图形学爱好者要稍微深入一些,所以我的期望值也相对较高。这本书在这一点上,确实没有让我失望。它的叙事方式非常有“工程感”,逻辑清晰,层层递进。对于那些熟悉牛顿力学、欧拉方程等基础物理概念的读者来说,这本书会像是找到了一位志同道合的伙伴。作者在讲解每一个算法时,都会先回顾相关的物理学背景,然后迅速衔接到底层的数学模型,再到具体的实现细节。我特别赞赏书中对能量守恒、动量守恒等基本物理原则在动画模拟中的应用,这些原则不仅是理论的基石,更是保证模拟结果物理合理性的关键。我印象深刻的是关于弹性形变和塑性形变的部分,它解释了如何用不同的物理模型来模拟不同材料的特性,从坚硬的石头到柔软的面团,差异呼之欲出。这本书的价值在于,它不仅仅教会你“如何做”,更教会你“为什么这么做”,这对于提升动画的真实感和艺术表现力,是至关重要的。

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我一直认为,真正的艺术创作,离不开对现实世界深刻的理解。对于我这样一个对视觉艺术有着执着追求的人来说,将这份理解转化为数字世界的生动画面,是我毕生的梦想。我一直对那些能够模拟出自然界鬼斧神工般动态效果的动画技术感到好奇,那些飞扬的尘埃,飘逸的长发,或是奔腾的江河,它们是如何在屏幕上如此逼真地呈现的?《Physics Based Animation (Graphics Series)》这本书,为我揭开了这层神秘的面纱。它不仅仅是枯燥的学术理论,更像是一本诗意的指南,引导我感受物理规律在塑造视觉之美中的力量。我被书中对各种自然现象的细致刻画所吸引,作者并没有简单地罗列公式,而是用一种充满洞察力的方式,解释了为什么水滴会形成特定的形状,为什么布料会以某种方式褶皱,为什么火焰会以那种方式跳跃。它让我从一个纯粹的观察者,变成了一个能够理解并掌控这些自然现象的创作者。我特别享受阅读关于软体动力学和流体模拟的部分,那是一种将抽象的数学语言转化为具象的视觉表现的奇妙过程。这本书让我对动画的理解,从“形似”上升到了“神似”,它让我看到了技术与艺术融合的无限可能。

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想给6颗星。不仅仅是对于基于物理的动力模拟,一些插值算法/概念/数学对cg都很有帮助,以前在gpu gems中看不懂或搞不清的感觉很艰深的东西,在书中解释的非常清楚。

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