18.1. 主观动态#

我们生活在一个充满动态变化的世界中，物体的运动不仅受到物理规律的支配，还常常受到主观意图的影响。无论是人类的行走、奔跑，还是动物的跳跃、飞行，这些运动都不仅仅是物理力的简单作用，而是由内在的意图和外在的环境共同决定的。这种由主观意图驱动的运动，我们称之为“主观动态”。

主观动态的研究涉及多个领域，包括运动学、动画技术、机器人学以及计算机图形学等。在运动学中，我们探讨如何通过数学方法描述物体的运动，尤其是旋转的表示、前向运动学、关键帧动画和逆向运动学等技术。这些技术不仅帮助我们理解物体的运动规律，还为角色动画的生成提供了理论基础。而在角色动画领域，动作捕捉、动作合成以及骨骼蒙皮等技术则进一步将运动学原理应用于虚拟角色的创建与控制，使得动画更加逼真、自然。

主观动态的研究不仅具有理论意义，还有着广泛的应用场景。在电影和游戏产业中，主观动态技术被用于生成逼真的角色动画，提升观众的沉浸感；在虚拟现实和增强现实领域，主观动态技术则被用于创建更加自然的交互体验；在机器人学和具身智能领域，主观动态技术被用于设计和控制更加灵活、智能的机器人系统。

在本章中，我们将首先介绍运动学的基本原理（§19），为了解主观动态准备好基础的数学工具。随后，我们将深入探讨角色动画的相关技术（§20），学习如何获取世界中的主观动态并在虚拟世界中重现、生成出来。通过这些内容的学习，读者将能够理解并掌握主观动态的核心技术，并能够将其应用于实际的动画制作和机器人控制中。

图 18.1 展示了一些典型的主观动态应用场景，包括虚拟角色的动画生成、机器人运动控制以及虚拟现实中的交互体验。这些应用不仅展示了主观动态技术的强大能力，也为未来的研究和应用提供了广阔的空间。