3D游戲編程大師技巧

內容概要

本書是游戲編程暢銷書作者André LaMothe的扛鼎之作，從游戲編程和軟件引擎的角度深入探討了3D圖形學的各個重要主題。全書共分5部分，包括16章的內容。第1～3章簡要地介紹了Windows和DirectX編程，創(chuàng)建了一個Windows應用程序模板，讓讀者能夠將精力放在游戲邏輯和圖形實現中，而不用考慮Windows和DirectX方面的瑣事；第4～5章簡要地介紹了一些數學知識并實現了一個數學庫，供以后編寫演示程序時使用；第6章概述了3D圖形學，讓讀者對本書將介紹的內容有大致的了解；第7～11章分別介紹了光照、明暗處理、仿射紋理映射、3D裁剪和深度緩存等內容；第12～14章討論了高級3D渲染技術，包括透視修正紋理映射、Alpha混合、1/z緩存、紋理濾波、空間劃分和可見性算法、陰影、光照映射等；第15～16章討論了動畫、運動碰撞檢測和優(yōu)化技術?！　”緯m合于有一定編程經驗并想從事游戲編程工作或對3D圖形學感興趣的人員閱讀。

作者簡介

Andre LaMothe 有25年的計算行業(yè)從業(yè)經驗，擁有數學、計算機科學和電子工程等學位，是20歲時就在NASA做研究工作的少數幾人之一。在30歲之前，他在硅谷的眾多公司中從事過咨詢工作，了解了公司運作，獲得了多種領域的知識，如電信、虛擬現實、機器人技術、編譯器設計、3D引擎

書籍目錄

第一部分　3D游戲編程簡介第1章　3D游戲編程入門　21.1　簡介　21.2　2D/3D游戲的元素　31.2.1　初始化　31.2.2　進入游戲循環(huán)　31.2.3　讀取玩家輸入　41.2.4　執(zhí)行AI和游戲邏輯　41.2.5　渲染下一幀　41.2.6　同步顯示　41.2.7　循環(huán)　41.2.8　關閉　51.3　通用游戲編程指南　71.4　使用工具　91.4.1　3D關卡編輯器　121.4.2　使用編譯器　131.5　一個3D游戲范例：Raiders 3D　151.5.1　事件循環(huán)　331.5.2　核心3D游戲邏輯　341.5.3　3D投影　351.5.4　星空　361.5.5　激光炮和碰撞檢測　371.5.6　爆炸　371.5.7　玩Raiders3D　371.6　總結　37第2章　Windows和DirectX簡明教程　382.1　Win32編程模型　382.2　Windows程序的最小需求　392.3　一個基本的Windows應用程序　432.3.1　Windows類　432.3.2　注冊Windows類　472.3.3　創(chuàng)建窗口　472.3.4　事件處理程序　482.3.5　主事件循環(huán)　522.3.6　構建實時事件循環(huán)　552.4　DirectX和COM簡明教程　562.4.1　HEL和HAL　572.4.2　DirectX基本類　582.5　COM簡介　592.5.1　什么是COM對象　602.5.2　創(chuàng)建和使用DirectX COM接口　612.5.3　查詢接口　622.6　總結　64第3章　使用虛擬計算機進行3D游戲編程　653.1　虛擬計算機接口簡介　653.2　建立虛擬計算機接口　663.2.1　幀緩存和視頻系統(tǒng)　663.2.2　使用顏色　703.2.3　緩存交換　713.2.4　完整的虛擬圖形系統(tǒng)　733.2.5　I/O、聲音和音樂　733.3　T3DLIB游戲控制臺　743.3.1　T3DLIB系統(tǒng)概述　743.3.2　基本游戲控制臺　743.4　T3DLIB1庫　793.4.1　DirectX圖形引擎體系結構　793.4.2　基本常量　793.4.3　工作宏　813.4.4　數據類型和結構　813.4.5　函數原型　843.4.6　全局變量　883.4.7　DirectDraw接口　893.4.8　2D多邊形函數　923.4.9　數學函數和錯誤函數　973.4.10　位圖函數　993.4.11　8位調色板函數　1023.4.12　實用函數　1043.4.13　BOB(Blitter對象)引擎　1063.5　T3DLIB2 DirectX輸入系統(tǒng)　1123.6　T3DLIB3聲音和音樂庫　1163.6.1　頭文件　1173.6.2　類型　1173.6.3　全局變量　1173.6.4　DirectSound API封裝函數　1183.6.5　DirectMusic API封裝函數　1213.7　建立最終的T3D游戲控制臺　1243.7.1　映射真實圖形到虛擬接口的非真實圖形　1243.7.2　最終的T3DLIB游戲控制臺　1263.8　范例T3LIB應用程序　1343.8.1　窗口應用程序　1343.8.2　全屏應用程序　1353.8.3　聲音和音樂　1363.8.4　處理輸入　1363.9　總結　139第二部分　3D數學和變換第4章　三角學、向量、矩陣和四元數　1424.1　數學表示法　1424.2　2D坐標系　1434.2.1　2D笛卡爾坐標　1434.2.2　2D極坐標　1444.3　3D坐標系　1474.3.1　3D笛卡爾坐標　1474.3.2　3D柱面坐標　1494.3.3　3D球面坐標　1504.4　三角學　1514.4.1　直角三角形　1514.4.2　反三角函數　1534.4.3　三角恒等式　1534.5　向量　1544.5.1　向量長度　1554.5.2　歸一化　1554.5.3　向量和標量的乘法　1554.5.4　向量加法　1564.5.5　向量減法　1574.5.6　點積　1574.5.7　叉積　1594.5.8　零向量　1604.5.9　位置和位移向量　1604.5.10　用線性組合表示的向量　1614.6　矩陣和線性代數　1614.6.1　單位矩陣　1624.6.2　矩陣加法　1634.6.3　矩陣的轉置　1634.6.4　矩陣乘法　1644.6.5　矩陣運算滿足的定律　1654.7　逆矩陣和方程組求解　1654.7.1　克來姆法則　1674.7.2　使用矩陣進行變換　1684.7.3　齊次坐標　1694.7.4　應用矩陣變換　1704.8　基本幾何實體　1764.8.1　點　1764.8.2　直線　1764.8.3　平面　1794.9　使用參數化方程　1824.9.1　2D參數化直線　1824.9.2　3D參數化直線　1844.10　四元數簡介　1894.10.1　復數理論　1894.10.2　超復數　1934.10.3　四元數的應用　1974.11　總結　200第5章　建立數學引擎　2015.1　數學引擎概述　2015.1.1　數學引擎的文件結構　2015.1.2　命名規(guī)則　2025.1.3　錯誤處理　2035.1.4　關于C++的最后說明　2035.2　數據結構和類型　2035.2.1　向量和點　2035.2.2　參數化直線　2045.2.3　3D平面　2065.2.4　矩陣　2065.2.5　四元數　2095.2.6　角坐標系支持　2105.2.7　2D極坐標　2105.2.8　3D柱面坐標　2115.2.9　3D球面坐標　2115.2.10　定點數　2125.3　數學常量　2135.4　宏和內聯(lián)函數　2145.4.1　通用宏　2185.4.2　點和向量宏　2185.4.3　矩陣宏　2195.4.4　四元數　2205.4.5　定點數宏　2215.5　函數原型　2215.6　全局變量　2245.7　數學引擎API清單　2255.7.1　三角函數　2255.7.2　坐標系支持函數　2265.7.3　向量支持函數　2285.7.4　矩陣支持函數　2355.7.5　2D和3D參數化直線支持函數　2455.7.6　3D平面支持函數　2485.7.7　四元數支持函數　2525.7.8　定點數支持函數　2595.7.9　方程求解支持函數　2635.8　浮點單元運算初步　2655.8.1　FPU體系結構　2665.8.2　FPU堆?！?665.8.3　FPU指令集　2685.8.4　經典指令格式　2705.8.5　內存指令格式　2715.8.6　寄存器指令格式　2715.8.7　寄存器彈出指令格式　2715.8.8　FPU范例　2715.8.9　FLD范例　2725.8.10　FST范例　2725.8.11　FADD范例　2735.8.12　FSUB范例　2755.8.13　FMUL范例　2765.8.14　FDIV范例　2785.9　數學引擎使用說明　2795.10　關于數學優(yōu)化的說明　2805.11　總結　280第6章　3D圖形學簡介　2826.1　3D引擎原理　2826.2　3D游戲引擎的結構　2826.2.1　3D引擎　2836.2.2　游戲引擎　2836.2.3　輸入系統(tǒng)和網絡　2846.2.4　動畫系統(tǒng)　2846.2.5　碰撞檢測和導航系統(tǒng)　2876.2.6　物理引擎　2886.2.7　人工智能系統(tǒng)　2896.2.8　3D模型和圖像數據庫　2896.3　3D坐標系　2916.3.1　模型(局部)坐標　2916.3.2　世界坐標　2936.3.3　相機坐標　2966.3.4　有關相機坐標的說明　3026.3.5　隱藏物體(面)消除和裁剪　3036.3.6　透視坐標　3086.3.7　流水線終點：屏幕坐標　3156.4　基本的3D數據結構　3216.4.1　表示3D多邊形數據時需要考慮的問題　3226.4.2　定義多邊形　3236.4.3　定義物體　3276.4.4　表示世界　3306.5　3D工具　3316.6　從外部加載數據　3326.6.1　PLG文件　3336.6.2　NFF文件　3356.6.3　3D Studio文件　3386.6.4　Caligari COB文件　3436.6.5　Microsoft DirectX .X文件　3456.6.6　3D文件格式小結　3456.7　基本剛性變換和動畫　3456.7.1　3D平移　3456.7.2　3D旋轉　3466.7.3　3D變形　3476.8　再看觀察流水線　3486.9　3D引擎類型　3496.9.1　太空引擎　3496.9.2　地形引擎　3506.9.3　FPS室內引擎　3516.9.4　光線投射和體素引擎　3526.9.5　混合引擎　3536.10　將各種功能集成到引擎中　3536.11　總結　353第7章　渲染3D線框世界　3547.1　線框引擎的總體體系結構　3547.1.1　數據結構和3D流水線　3557.1.2　主多邊形列表　3577.1.3　新的軟件模塊　3597.2　編寫3D文件加載器　3597.3　構建3D流水線　3677.3.1　通用變換函數　3677.3.2　局部坐標到世界坐標變換　3727.3.3　歐拉相機模型　3757.3.4　UVN相機模型　3777.3.5　世界坐標到相機坐標變換　3877.3.6　物體剔除　3907.3.7　背面消除　3937.3.8　相機坐標到透視坐標變換　3957.3.9　透視坐標到屏幕(視口)坐標變換　3997.3.10　合并透視變換和屏幕變換　4037.4　渲染3D世界　4057.5　3D演示程序　4087.5.1　單個3D三角形　4087.5.2　3D線框立方體　4117.5.3　消除了背面的3D線框立方體　4137.5.4　3D坦克演示程序　4147.5.5　相機移動的3D坦克演示程序　4167.5.6　戰(zhàn)區(qū)漫步演示程序　4187.6　總結　421第三部分　基本3D渲染第8章　基本光照和實體造型　4248.1　計算機圖形學的基本光照模型　4248.1.1　顏色模型和材質　4268.1.2　光源類型　4328.2　三角形的光照計算和光柵化　4378.2.1　為光照做準備　4418.2.2　定義材質　4428.2.3　定義光源　4458.3　真實世界中的著色　4498.3.1　16位著色　4498.3.2　8位著色　4508.3.3　一個健壯的用于8位模式的RGB模型　4508.3.4　一個簡化的用于8位模式的強度模型　4538.3.5　固定著色　4578.3.6　恒定著色　4598.3.7　Gouraud著色概述　4728.3.8　Phong著色概述　4748.4　深度排序和畫家算法　4758.5　使用新的模型格式　4798.5.1　分析器類　4798.5.2　輔助函數　4828.5.3　3D Studio MAX ASCII格式.ASC　4848.5.4　TrueSpace ASCII.COB格式　4868.5.5　Quake II二進制.MD2格式概述　4948.6　3D建模工具簡介　4958.7　總結　497第9章　插值著色技術和仿射紋理映射　4989.1　新T3D引擎的特性　4989.2　更新T3D數據結構和設計　4999.2.1　新的#defines　4999.2.2　新增的數學結構　5019.2.3　實用宏　5029.2.4　添加表示3D網格數據的特性　5039.2.5　更新物體結構和渲染列表結構　5089.2.6　函數清單和原型　5119.3　重新編寫物體加載函數　5179.3.1　更新.PLG/PLX加載函數　5179.3.2　更新3D Studio .ASC加載函數　5279.3.3　更新Caligari .COB加載函數　5289.4　回顧多邊形的光柵化　5329.4.1　三角形的光柵化　5329.4.2　填充規(guī)則　5359.4.3　裁剪　5379.4.4　新的三角形渲染函數　5389.4.5　優(yōu)化　5429.5　實現Gouraud著色處理　5439.5.1　沒有光照時的Gouraud著色　5449.5.2　對使用Gouraud Shader的多邊形執(zhí)行光照計算　5539.6　基本采樣理論　5609.6.1　一維空間中的采樣　5609.6.2　雙線性插值　5619.6.3　u和v的插值　5639.6.4　實現仿射紋理映射　5649.7　更新光照/光柵化引擎以支持紋理　5669.8　對8位和16位模式下優(yōu)化策略的最后思考　5719.8.1　查找表　5719.8.2　網格的頂點結合性　5729.8.3　存儲計算結果　5729.8.4　SIMD　5739.9　最后的演示程序　5739.10　總結　576第10章　3D裁剪　57710.1　裁剪簡介　57710.1.1　物體空間裁剪　57710.1.2　圖像空間裁剪　58010.2　裁剪算法　58110.2.1　有關裁剪的基本知識　58110.2.2　Cohen-Sutherland裁剪算法　58510.2.3　Cyrus-Beck/梁友棟-Barsky裁剪算法　58610.2.4　Weiler-Atherton裁剪算法　58810.2.5　深入學習裁剪算法　59010.3　實現視景體裁剪　59110.3.1　幾何流水線和數據結構　59210.3.2　在引擎中加入裁剪功能　59310.4　地形小議　61110.4.1　地形生成函數　61210.4.2　生成地形數據　61910.4.3　沙地汽車演示程序　61910.5　總結　623第11章　深度緩存和可見性　62411.1　深度緩存和可見性簡介　62411.2　z緩存基礎　62611.2.1　z緩存存在的問題　62711.2.2　z緩存范例　62711.2.3　平面方程法　63011.2.4　z坐標插值　63111.2.5　z緩存中的問題和1/z緩存　63211.2.6　一個通過插值計算z和1/z的例子　63311.3　創(chuàng)建z緩存系統(tǒng)　63511.4　可能的z緩存優(yōu)化　64911.4.1　使用更少的內存　64911.4.2　降低清空z緩存的頻率　65011.4.3　混合z緩存　65111.5　z緩存存在的問題　65111.6　軟件和z緩存演示程序　65211.6.1　演示程序I：z緩存可視化　65211.6.2　演示程序II：Wave Raider　65311.7　總結　658第四部分　高級3D渲染第12章　高級紋理映射技術　66012.1　紋理映射——第二波　66012.2　新的光柵化函數　66712.2.1　最終決定使用定點數　66712.2.2　不使用z緩存的新光柵化函數　66812.2.3　支持z緩存的新光柵化函數　67012.3　使用Gouruad著色的紋理映射　67112.4　透明度和alpha混合　67712.4.1　使用查找表來進行alpha混合　67812.4.2　在物體級支持alpha混合功能　68812.4.3　在地形生成函數中加入　　　 alpha支持　69412.5　透視修正紋理映射和1/z緩存　69612.5.1　透視紋理映射的數學基礎　69612.5.2　在光柵化函數中加入1/z緩存功能　70212.5.3　實現完美透視修正紋理映射　70712.5.4　實現線性分段透視修正紋理映射　71012.5.5　透視修正紋理映射的二次近似　71412.5.6　使用混合方法優(yōu)化紋理映射　71812.6　雙線性紋理濾波　71912.7　Mipmapping和三線性紋理濾波　72412.7.1　傅立葉分析和走樣簡介　72512.7.2　創(chuàng)建Mip紋理鏈　72712.7.3　選擇mip紋理　73412.7.4　三線性濾波　73912.8　多次渲染和紋理映射　74012.9　使用單個函數來完成渲染工作　74112.9.1　新的渲染場境　74112.9.2　設置渲染場境　74312.9.3　調用對渲染場境進行渲染的函數　74512.10　總結　753第13章　空間劃分和可見性算法　75413.1　新的游戲引擎模塊　75413.2　空間劃分和可見面判定簡介　75413.3　二元空間劃分　75713.3.1　平行于坐標軸的二元空間劃分　75813.3.2　任意平面空間劃分　75913.3.3　使用多邊形所在的平面來劃分空間　76013.3.4　顯示/訪問BSP樹中的每個節(jié)點　76213.3.5　BSP樹數據結構和支持函數　76313.3.6　創(chuàng)建BSP樹　76513.3.7　分割策略　76713.3.8　遍歷和顯示BSP樹　77513.3.9　將BSP樹集成到圖形流水線中　78413.3.10　BSP關卡編輯器　78513.3.11　BSP的局限性　79313.3.12　使用BSP樹的零重繪策略　79413.3.13　將BSP樹用于剔除　79513.3.14　將BSP樹用于碰撞檢測　80213.3.15　集成BSP樹和標準渲染　80213.4　潛在可見集　80713.4.1　使用潛在可見集　80813.4.2　潛在可見集的其他編碼方法　80913.4.3　流行的PVS計算方法　81013.5　入口　81113.6　包圍體層次結構和八叉樹　81313.6.1　使用BHV樹　81513.6.2　運行性能　81613.6.3　選擇策略　81713.6.4　實現BHV　81813.6.5　八叉樹　82513.7　遮掩剔除　82513.7.1　遮掩體　82613.7.2　選擇遮掩物　82613.7.3　混合型遮掩物選擇方法　82713.8　總結　827第14章　陰影和光照映射　82814.1　新的游戲引擎模塊　82814.2　概述　82814.3　簡化的陰影物理學　82914.4　使用透視圖像和廣告牌來模擬陰影　83214.4.1　編寫支持透明功能的光柵化函數　83314.4.2　新的庫模塊　83514.4.3　簡單陰影　83714.4.4　縮放陰影　83914.4.5　跟蹤光源　84114.4.6　有關模擬陰影的最后思考　84414.5　平面網格陰影映射　84514.5.1　計算投影變換　84514.5.2　優(yōu)化平面陰影　84814.6　光照映射和面緩存技術簡介　84814.6.1　面緩存技術　85014.6.2　生成光照圖　85014.6.3　實現光照映射函數　85114.6.4　暗映射(dark mapping)　85314.6.5　光照圖特效　85414.6.6　優(yōu)化光照映射代碼　85414.7　整理思路　85414.8　總結　854第五部分　高級動畫、物理建模和優(yōu)化第15章　3D角色動畫、運動和碰撞檢測　85815.1　新的游戲引擎模塊　85815.2　3D動畫簡介　85815.3　Quake II .MD2文件格式　85915.3.1　.MD2文件頭　86115.3.2　加載Quake II .MD2文件　86815.3.3　使用.MD2文件實現動畫　87415.3.4　.MD2演示程序　88215.4　不基于角色的簡單動畫　88315.4.1　旋轉運動和平移運動　88315.4.2　復雜的參數化曲線移動　88515.4.3　使用腳本來實現運動　88515.5　3D碰撞檢測　88715.5.1　包圍球和包圍圓柱　88715.5.2　使用數據結構來提高碰撞檢測的速度　88815.5.3　地形跟蹤技術　88915.6　總結　890第16章　優(yōu)化技術　89116.1　優(yōu)化技術簡介　89116.2　使用Microsoft Visual C++和Intel VTune剖析代碼　89216.2.1　使用Visual C++進行剖析　89216.2.2　分析剖析數據　89316.2.3　使用VTune進行優(yōu)化　89416.3　使用Intel C++編譯器　89916.3.1　下載Intel的優(yōu)化編譯器　90016.3.2　使用Intel編譯器　90016.3.3　使用編譯器選項　90116.3.4　手工為源文件選擇編譯器　90116.3.5　優(yōu)化策略　90216.4　SIMD編程初步　90216.4.1　SIMD基本體系結構　90316.4.2　使用SIMD　90316.4.3　一個SIMD 3D向量類　91216.5　通用優(yōu)化技巧　91816.5.1　技巧1：消除_ftol()　91816.5.2　技巧2：設置FPU控制字　91816.5.3　技巧3：快速將浮點變量設置為零　91916.5.4　技巧4：快速計算平方根　91916.5.5　技巧5：分段線性反正切　92016.5.6　技巧6：指針遞增運算　92016.5.7　技巧7：盡可能將if語句放在循環(huán)外面　92116.5.8　技巧8：支化(branching)流水線　92116.5.9　技巧9：數據對齊　92116.5.10　技巧10：將所有簡短函數都聲明為內聯(lián)的　92216.5.11　參考文獻　92216.6　總結　922第六部分　附錄附錄A　光盤內容簡介　CD: 924附錄B　安裝DirectX和使用Visual C/C++　CD: 925B.1　安裝DirectX　CD: 925B.2　使用Visual C/C++編譯器　CD: 925B.3　編譯提示　CD: 926附錄C　三角學和向量參考　CD: 927C.1　三角學　CD: 927C.2　向量　CD: 929C.2.1　向量長度　CD: 930C.2.2　歸一化　CD: 930C.2.3　標量乘法　CD: 930C.2.4　向量加法　CD: 931C.2.5　向量減法　CD: 931C.2.6　點積　CD: 932C.2.7　叉積　CD: 933C.2.8　零向量　CD: 934C.2.9　位置向量　CD: 934C.2.10　向量的線性組合　CD: 934附錄D　C++入門　CD: 935D.1　C++是什么　CD: 935D.2　必須掌握的C++知識　CD: 937D.3　新的類型、關鍵字和約定　CD: 937D.3.1　注釋符　CD: 937D.3.2　常量　CD: 937D.3.3　引用型變量　CD: 938D.3.4　即時創(chuàng)建變量　CD: 938D.4　內存管理　CD: 939D.5　流式輸入/輸出　CD: 939D.6　類　CD: 941D.6.1　新結構　CD: 941D.6.2　一個簡單的類　CD: 942D.6.3　公有和私有　CD: 942D.6.4　類的成員函數(方法)　CD: 943D.6.5　構造函數和析構函數　CD: 944D.6.6　編寫構造函數　CD: 945D.6.7　編寫析構函數　CD: 946D.7　域運算符　CD: 947D.8　函數和運算符重載　CD: 948D.9　基本模板　CD: 950D.10　異常處理簡介　CD: 951D.11　總結　CD: 954附錄E　游戲編程資源　CD: 955E.1　游戲編程和新聞網站　CD: 955E.2　下載站點　CD: 955E.3　2D/3D引擎　CD: 956E.4　游戲編程書籍　CD: 956E.5　微軟公司的Direct X 多媒體展示　CD: 956E.6　新聞組　CD: 957E.7　跟上行業(yè)的步伐　CD: 957E.8　游戲開發(fā)雜志　CD: 957E.9　Quake資料　CD: 957E.10　免費模型和紋理　CD: 957E.11　游戲網站開發(fā)者　CD: 957附錄F　ASCII碼表　CD: 959

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