第8章課后習(xí)題參考答案.doc

第八章 習(xí)題參考答案1傳統(tǒng)動畫和計算機(jī)動畫有什么不同？傳統(tǒng)動畫采用手工方法制作，精度差且效率低；而計算機(jī)動畫立體感強，可以改變視角、視距、視野及景深，具有明暗光線變化和陰影，使物體產(chǎn)生不同灰度和顏色漸變以及逼真的光照，可以產(chǎn)生紋理質(zhì)感，且這些特點與效果是手工動畫難以實現(xiàn)或不可能實現(xiàn)的。2計算機(jī)動畫研究的內(nèi)容是什么？從目前國外對計算機(jī)動畫的研究來看，計算機(jī)動畫研究的具體內(nèi)容可分為以下方面：（1）關(guān)鍵幀動畫；（2）基于機(jī)械學(xué)的動畫和工業(yè)過程動畫仿真；（3）運動和路徑的控制；（4）動畫語言與語義；（5）基于智能的動畫，機(jī)械人與動畫；（6）動畫系統(tǒng)用戶界面；（7）科學(xué)可視化計算機(jī)動畫表現(xiàn)；（8）特技效果，合成演員；（9）語言、音響合成，錄制技術(shù)。3計算機(jī)動畫應(yīng)用前景如何？ （1）電影電視動畫片制作（2）輔助教學(xué)演示 （3）仿真模擬（4）指揮調(diào)度演習(xí) （5）醫(yī)療診斷（6）游戲開發(fā)4從物體的物理屬性角度出發(fā)，可以將動畫劃分為哪些類型？按照動畫物體自身物理屬性的不同，三維動畫也可以分為：剛體動畫、軟體動畫、關(guān)節(jié)動畫以及粒子動畫等。5什么叫關(guān)鍵幀動畫和算法動畫？關(guān)鍵幀動畫是通過一組關(guān)鍵幀或關(guān)鍵參數(shù)值而得到中間動畫幀序列（1）形狀插值：從關(guān)鍵幀本身而得到中間動畫幀（2）關(guān)鍵參數(shù)插值：通過插值物體模型關(guān)鍵參數(shù)數(shù)值來獲得中間動畫。算法動畫由算法實現(xiàn)，一般適用于三維情形。（1）運動學(xué)算法：由運動學(xué)方程確定物體的運動軌跡和速率。（2）動力學(xué)算法：由力學(xué)方程確定物體運動形式。（3）反向運動學(xué)算法：已知鏈接物末端位置和狀態(tài)，反求運動方程以確定運動形式。（4）反向動力學(xué)算法：已知鏈接物末端位置和狀態(tài)，反求動力學(xué)方程以確定運動形式。（5）隨機(jī)運動算法：在某些場合下加進(jìn)運動控制隨機(jī)因素。6動畫旋轉(zhuǎn)都有哪些數(shù)學(xué)表示方式，為何要引入四元數(shù)的表示方式？三維空間中的旋轉(zhuǎn)可用（1）旋轉(zhuǎn)矩陣（2）歐拉角（3）四元數(shù)（Quaternions）等數(shù)學(xué)形式來表示。旋轉(zhuǎn)矩陣表示法在做插值運算時不能得到正確結(jié)果；歐拉角中的旋轉(zhuǎn)涉及固定的全局軸，一個軸的旋轉(zhuǎn)毫不影響另一個軸向的旋轉(zhuǎn)，可能會導(dǎo)致自由度的丟失，也就是所謂的萬向節(jié)鎖問題；因此引入四元數(shù)表示方式。7簡述碰撞檢測技術(shù)及其在動畫中的重要作用。碰撞檢測是計算機(jī)動畫中需要解決的問題之一，它的核心任務(wù)是檢測兩個或多個物體彼此之間是否發(fā)生接觸或進(jìn)入。當(dāng)前，三維幾何模型越來越復(fù)雜，動畫效果越來越逼真，同時人們對交互的實時性、場景的真實性的期望越來越高，這些都對碰撞檢測技術(shù)提出了相應(yīng)的要求。8簡述基于AABB軸對齊包圍體的碰撞檢測算法。AABB（Aligned Axis Bounding Box）其實是沿坐標(biāo)軸的包圍體，它是包含幾何對象且各邊平行于坐標(biāo)軸的最小六面體。構(gòu)造時根據(jù)物體的形狀和狀態(tài)取得坐標(biāo)X，Y，Z方向上的最大最小值就能確定包圍體最高和最低的邊界點。檢測兩個AABB包圍體是否相交非常簡單，只要利用投影法：當(dāng)且僅當(dāng)三個坐標(biāo)軸上的投影均重疊，兩個AABB包圍體才相交。只要存在一個方向上的投影不重疊，那么它們就不相交。所以檢測兩個AABB包圍體是否相交最多只需要6次比較運算。AABB包圍體具有建構(gòu)簡單快速、相交測試簡單、內(nèi)存開銷少的優(yōu)點，能較好地適應(yīng)可變形物體實時更新層次樹的需要，但AABB也存在包圍物體不夠緊密，在一些情況時將出現(xiàn)較大的空隙，從而導(dǎo)致層次二叉樹的節(jié)點冗余，對碰撞檢測效率有較大影響。9什么是運動捕捉技術(shù)，簡述其系統(tǒng)主要組成。運動捕捉（Motion Capture）是指通過利用專門的傳感器設(shè)備測量、跟蹤并記錄真實人體（或其他物體）在三維空間中的關(guān)鍵運動軌跡，并將其轉(zhuǎn)化為抽象的數(shù)字化運動數(shù)據(jù)，然后利用這些數(shù)據(jù)來驅(qū)動虛擬的動畫角色，以重現(xiàn)原來的表演動作。典型的運動捕捉設(shè)備由傳感器、信號捕捉設(shè)備、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)處理設(shè)備等組成。10簡述運動捕捉系統(tǒng)的不同類型及其原理。（1）光學(xué)式運動捕捉系統(tǒng)從理論上說，對于空間中的一個點，只要它能同時為兩部攝相機(jī)所見，則根據(jù)同一時刻兩部攝相機(jī)所拍攝的圖像中的位置信息，可以確定這一時刻該點在空間的位置，只要攝相機(jī)以足夠高的速率連續(xù)拍攝時，從圖像序列中就可以得到該點的運動軌跡。光學(xué)式運動捕捉便是利用這一原理通過對目標(biāo)光點的跟蹤記錄來完成運動捕捉任務(wù)的。（2）電磁式運動捕捉系統(tǒng)該系統(tǒng)一般由發(fā)射源、接收傳感器和數(shù)據(jù)處理單元組成。發(fā)射源在空間產(chǎn)生按一定時空規(guī)律分布的電磁場；接收傳感器放置在演員身體的各個關(guān)鍵部位，通過電纜與數(shù)據(jù)處理單元相連，隨著演員的運動在電磁場中移動，并將接收到的信號傳送給處理單元，由此可以計算出每個傳感器的空間位置和方向。（3）聲學(xué)式運動捕捉系統(tǒng)聲學(xué)式運動捕捉系統(tǒng)一般由發(fā)送器、接收器和處理單元組成。發(fā)送器是固定的超聲波發(fā)生器；接收器一般由呈三角形排列的三個超聲探頭組成，通過測量聲波從發(fā)送器到接收器的時間，系統(tǒng)就可以計算并確定發(fā)送器的位置和方向。（4）機(jī)械式運動捕捉系統(tǒng)依靠機(jī)械裝置來跟蹤和測量運動，典型