"電子遊戲、動畫和建模都需要物理基礎。隻有應用物理和數學，計算機纔能生成真實可信的角色和物體。《基於物理的建模與動畫》一書深入探究了計算機動畫的技術內幕，詳細闡述了虛擬角色的移動、建立角色所在的世界需要的數學、算法和數值方程。Donald H. House博士和John C. Keyser博士，循序漸進地講解了基礎知識，幾乎是手把手地教讀者建立方程、編寫程序，幫助讀者打下這個領域的基礎，掌握他們需要的東西並完善創作。本書特點：·強調這個領域的基礎概念，不局限於某個特定的軟件包或API。等

●第1部分基礎
第1章導論
1.1什麼是基於物理的動畫
1.2動態模擬與離散事件模擬
1.3數學記法約定
1.4工具包及商用軟件
1.5本書結構
第2章模擬的基礎
2.1模型及模擬
2.2牛頓運動定律
2.3在一維中落下一個球
2.4運動的微分方程
2.5基本的模擬循環
2.6數值近似方法
2.7空氣中的三維運動
2.7.1跟蹤三個維度
2.7.2空氣阻力
2.7.3風
2.8總結
第3章追蹤彈跳球
3.1與平面踫撞
3.1.1踫撞檢測
3.1.2踫撞測定
3.1.3更改模擬循環
3.2踫撞響應
3.2.1彈性
3.2.2摩擦力
3.2.3把所有結合起來
3.3實現彈跳球
3.3.1數值精度
3.3.2靜止條件
3.4多邊形的幾何學
3.5點與多邊形的踫撞
3.6特例：三角形相交
3.7總結
第2部分基於粒子的模型
第4章粒子繫統
4.1什麼是粒子繫統
4.2隨機數、隨機矢量及隨機點
4.3粒子生成器
4.4粒子模擬
4.4.1運算的編排
4.4.2撤銷粒子
4.4.3踫撞
4.4.4幾何
4.4.5高效的隨機數
4.5粒子渲染
4.5.1點及劃痕
4.5.2精靈
4.5.3幾何圖形
4.5.4體積渲染
4.6總結
第5章粒子編排
5.1加速度操作
5.1.1引力吸引器
5.1.2隨機加速度
5.1.3拖拽與反拖拽
5.1.4速度器
5.2速度操作
5.2.1仿射速度操作
5.2.2旋渦
5.3避障
5.3.1勢場
5.3.2操控
5.4總結
第6章交互粒子繫統
6.1狀態向量
6.1.1單一粒子的狀態向量
6.1.2交互粒子的狀態向量
6.1.3實現
6.2擴展狀態的概念
6.3空間數據結構
6.3.1均勻空間網格
6.3.2八叉樹
6.3.3kd樹
6.4天文模擬
6.4.1聚簇
6.4.2一個采用均勻空間網格的簡單算法
6.4.3一個采用八叉樹的自適應算法
6.5群集繫統
6.5.1核心算法
6.5.2距離與視域
6.5.3加速度的優先級
6.5.4繞過障礙
6.5.5轉向與側飛
6.6總結
第7章數值積分
7.1級數展開與積分
7.2韋爾萊積分與蛙跳積分
7.2.1基礎韋爾萊積分
7.2.2速度韋爾萊積分
7.2.3蛙跳積分
7.3龍格–庫塔積分
7.3.1一階和二階龍格–庫塔法
7.3.2四階龍格–庫塔法
7.4高階數值積分的實現
7.4.1狀態向量算法
7.4.2用更高階積分做踫撞檢測
7.5積分的精度和穩定性
7.5.1指數衰減和正弦振蕩
7.5.2指數衰減的積分
7.5.3正弦振蕩的積分
7.5.4RK方法的性能
7.5.5阻尼與穩定性
7.6自適應時步
7.7隱式積分
7.7.1直接求解隱式積分
7.7.2雅克比和線性化函數
7.7.3求根法求解隱式積分
7.7.4隱式公式的精度和穩定性
7.8總結
第8章可形變彈性網格
8.1阻尼彈性連接件
8.1.1阻尼彈簧的數學原理
8.2彈性網格
8.2.1支撐杆——一種彈性網格的三素
8.2.2用支撐杆構造一個彈性網格
8.2.3空氣阻力與風
8.2.4彈性網格的模擬
8.2.5結構剛度
8.3扭轉彈簧
8.3.1力矩
8.3.2根據扭轉彈簧計算力矩
8.3.3根據扭轉彈簧計算頂點受力
8.3.4帶有扭轉彈簧的網格的模擬
8.4選擇好的參數
8.5踫撞
8.5.1踫撞的類型
8.5.2踫撞確定
8.5.3彈性物體的踫撞響應
8.6晶格形變器
8.7布料建模
8.8總結
第3部分剛體動力學與約束動力學
第9章剛體動力學
9.1剛體狀態
9.2剛體屬性
9.2.1質心
9.2.2慣性張量
9.3剛體運動
9.3.1力矩
9.3.2更新剛體狀態
9.3數表示法
9.4實現
9.5總結
第10章剛體的踫撞與接觸
10.1剛體踫撞
10.1.1與靜態物體的無摩擦踫撞
10.1.2兩個運動物體間的無摩擦踫撞
10.2踫撞檢測
10.2.1包圍體
10.2.2粗略踫撞檢測
10.2.3準確踫撞檢測
10.3線性互補問題
10.3.1處理多個接觸剛體
10.3.2作為LCP的多個踫撞與靜止接觸
10.3.3摩擦力轉為LCP
10.4總結
第11章約束
11.1罰函數
11.1.1P（比例）控制器
11.1.2PD（比例微分）控制器
11.1.3PID（比例積分微分）控制器
11.2約束動力學
11.2.1單約束
11.2.2多約束
11.3約化坐標
11.3.1廣義坐標和廣義速度
11.3.2動能、功和勢能
11.3.3拉格朗日量與拉格朗日方程
11.3.4落球的例子
11.3.5鐘擺的例子
11.3.6線上運動的珠子的例子
11.4總結
第12章鉸接體
12.1鉸接體的結構
12.2鉸接體的動態狀態
12.3空間代數
12.3.1空間速度與加速度
12.3.2空間變換
12.3.3空間力
12.3.4空間轉置
12.3.5空間內積
12.3.6空間叉積
12.4空間代數記號下速度和加速度的傳遞
12.5空間孤立量
12.6第一次循環
12.7計算空間鉸接量
12.8計算構件加速度
12.9推廣到樹狀鉸接體
12.10總結
第4部分流體動力學
第13章流體動力學基礎
13.1拉格朗日模擬與歐拉模擬
13.2流體模擬的數學背景知識
13.2.1標量場和矢量場
13.2.2梯度
13.2.3散度
13.2.4旋度
13.2.5拉普拉斯算符
13.3納維–斯托克斯方程
13.4勢流場
13.5總結
第14章光滑粒子流體動力學
14.1空間采樣和重構
14.2粒子加速度計算
14.2.1壓強梯度
14.2.2擴散
14.2.3外部加速度和踫撞
14.3核函數
14.4流體表面和表面張力
14.5模擬算法
14.6總結
第15章有限差分算法
15.1有限差分
15.1.1數值微分
15.1.2微分算符
15.1.3采樣和插值
15.1.4CFL條件
15.2半拉格朗日法
15.2.1w1——增加外部加速度
15.2.2w2——用回溯法實現拉格朗日對流
15.2.3w3——速度擴散的隱式積分
15.2.4w4——得到一個無散速度場
15.2.5煙模擬計算的結構
15.2.6水模擬計算的結構
15.3FLIP
15.4總結
附錄A矢量
附錄B矩陣代數
附錄C仿射變換
附錄D坐標繫統
附數
附錄F重心坐標
索引

本書基於原作者開設的一門關於物理建模的課程編寫而成，概括地介紹了這一領域的知識，包括對粒子、粒子繫統、剛體、約束繫統、鉸接體、流體等的模擬，還深入介紹了相關的數學知識。本書兼具實用性與理論性，既有豐富的偽代碼供讀者參考，也有詳細的理論推導幫助讀者深入地理解相關的概念。本書適合計算機專業的中高年級本科生、研究生學習，也可供涉足該領域的研宄人員、工程師參考。