这个系列是GAMES103:基于物理的计算机动画入门(GAMES 103: Intro to Physics Based Animation)的同步课程笔记。本课程是计算机动画的入门课程,着重介绍各种基于物理的动画仿真模拟技术。
What is CG?
计算机图形学(computer graphics, CG)是研究如何用计算机反映三维世界的学科,它可以看成是计算机视觉(computer vision, CV)的逆过程:计算机视觉通过图像来认识世界,而图形学则是通过数字世界来生成图像。
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一般来说计算机图形学包括三大部分的内容:几何(geometry)、渲染(rendering)以及动画(animation)。
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Geometry
几何是研究如何表示三维物体的学科。目前在图形学中常用的几何表示包括网格(mesh)、点云(point cloud)以及带体积的grid等三种形式。
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Rendering
渲染是研究如何将模型数据转换成图像的学科,它一般分为真实感渲染(photorealistic)和非真实感渲染(non-photorealistic)两部分。目前火热的光线追踪(ray tracing)技术就属于渲染的研究范畴。
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Animation
动画是研究如何让物体动起来的学科,一般可以分为人物动画(character animation)以及基于物理的动画(physics-based animation)两大类。
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当然在实际应用中这两种动画有很多重叠的地方,比如Siren的演示中就同时应用了这两种类型的动画。
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Applications
图形学在我们的日常生活中以及有着大量的应用,在游戏、影视特效以及社交媒体中我们都能够看到图形学的身影。
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同时,在工程设计、艺术创意等领域中也都有着图形学的用武之地。
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而在未来,随着VR、AR以及元宇宙技术的发展,图形学也必将有广阔的应用前景。
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Physics Based Animation
我们回到基于物理的动画这一问题上,不同类型的物体有着不同的模拟方法。具体而言,基于物理的动画研究的对象包括刚体(rigid body)、布料和毛发(cloth and hair)、软体(soft body)以及流体(fluid):
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同时在进行模拟时还需要根据物体的类型以及模拟的效果选择合适的几何表示:
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Topics in this Course
最后,本课程会涉及的物理动画内容如下:
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