第8章课后习题参考答案

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1、第八章习题参考答案1．传统动画和计算机动画有什么不同？传统动画采用手工方法制作，精度差且效率低；而计算机动画立体感强，可以改变视角、视距、视野及景深，具有明暗光线变化和阴影，使物体产生不同灰度和颜色渐变以及逼真的光照，可以产生纹理质感，且这些特点与效果是手工动画难以实现或不可能实现的。2．计算机动画研究的内容是什么？从目前国外对计算机动画的研究来看，计算机动画研究的具体内容可分为以下方面：（1）关键帧动画；（2）基于机械学的动画和工业过程动画仿真；（3）运动和路径的控制；（4）动画语言与语义；（5）基于智能的动画，机械人与动画；（6）动画系统用户界面；（7）科学可视

2、化计算机动画表现；（8）特技效果，合成演员；（9）语言、音响合成，录制技术。3．计算机动画应用前景如何？（1）电影电视动画片制作（2）辅助教学演示（3）仿真模拟（4）指挥调度演习（5）医疗诊断（6）游戏开发4．从物体的物理属性角度出发，可以将动画划分为哪些类型？按照动画物体自身物理属性的不同，三维动画也可以分为：刚体动画、软体动画、关节动画以及粒子动画等。5．什么叫关键帧动画和算法动画？关键帧动画是通过一组关键帧或关键参数值而得到中间动画帧序列（1）形状插值：从关键帧本身而得到中间动画帧（2）关键参数插值：通过插值物体模型关键参数数值来获得中间动画。算法动画由算法实

3、现，一般适用于三维情形。（1）运动学算法：由运动学方程确定物体的运动轨迹和速率。（2）动力学算法：由力学方程确定物体运动形式。（3）反向运动学算法：已知链接物末端位置和状态，反求运动方程以确定运动形式。（4）反向动力学算法：已知链接物末端位置和状态，反求动力学方程以确定运动形式。（5）随机运动算法：在某些场合下加进运动控制随机因素。6．动画旋转都有哪些数学表示方式，为何要引入四元数的表示方式？三维空间中的旋转可用（1）旋转矩阵（2）欧拉角（3）四元数（Quaternions）等数学形式来表示。旋转矩阵表示法在做插值运算时不能得到正确结果；欧拉角中的旋转涉及固定的全局

4、轴，一个轴的旋转毫不影响另一个轴向的旋转，可能会导致自由度的丢失，也就是所谓的万向节锁问题；因此引入四元数表示方式。7．简述碰撞检测技术及其在动画中的重要作用。碰撞检测是计算机动画中需要解决的问题之一，它的核心任务是检测两个或多个物体彼此之间是否发生接触或进入。当前，三维几何模型越来越复杂，动画效果越来越逼真，同时人们对交互的实时性、场景的真实性的期望越来越高，这些都对碰撞检测技术提出了相应的要求。8．简述基于AABB轴对齐包围体的碰撞检测算法。AABB（AlignedAxisBoundingBox）其实是沿坐标轴的包围体，它是包含几何对象且各边平行于坐标轴的最小六

5、面体。构造时根据物体的形状和状态取得坐标X，Y，Z方向上的最大最小值就能确定包围体最高和最低的边界点。检测两个AABB包围体是否相交非常简单，只要利用投影法：当且仅当三个坐标轴上的投影均重叠，两个AABB包围体才相交。只要存在一个方向上的投影不重叠，那么它们就不相交。所以检测两个AABB包围体是否相交最多只需要6次比较运算。AABB包围体具有建构简单快速、相交测试简单、内存开销少的优点，能较好地适应可变形物体实时更新层次树的需要，但AABB也存在包围物体不够紧密，在一些情况时将出现较大的空隙，从而导致层次二叉树的节点冗余，对碰撞检测效率有较大影响。9．什么是运动捕捉

6、技术，简述其系统主要组成。运动捕捉（MotionCapture）是指通过利用专门的传感器设备测量、跟踪并记录真实人体（或其他物体）在三维空间中的关键运动轨迹，并将其转化为抽象的数字化运动数据，然后利用这些数据来驱动虚拟的动画角色，以重现原来的表演动作。典型的运动捕捉设备由传感器、信号捕捉设备、数据传输设备、数据处理设备等组成。10．简述运动捕捉系统的不同类型及其原理。（1）光学式运动捕捉系统从理论上说，对于空间中的一个点，只要它能同时为两部摄相机所见，则根据同一时刻两部摄相机所拍摄的图像中的位置信息，可以确定这一时刻该点在空间的位置，只要摄相机以足够高的速率连续拍摄

7、时，从图像序列中就可以得到该点的运动轨迹。光学式运动捕捉便是利用这一原理通过对目标光点的跟踪记录来完成运动捕捉任务的。（2）电磁式运动捕捉系统该系统一般由发射源、接收传感器和数据处理单元组成。发射源在空间产生按一定时空规律分布的电磁场；接收传感器放置在演员身体的各个关键部位，通过电缆与数据处理单元相连，随着演员的运动在电磁场中移动，并将接收到的信号传送给处理单元，由此可以计算出每个传感器的空间位置和方向。（3）声学式运动捕捉系统声学式运动捕捉系统一般由发送器、接收器和处理单元组成。发送器是固定的超声波发生器；接收器一般由呈三角形排列的三个超声探头组成，通过测量声