3D圖形編程基礎(chǔ)

內(nèi)容概要

　　《3d圖形編程基礎(chǔ)——基于directx 11》介紹如何利用directx
11的direct3d開發(fā)交互式3d圖形程序。首先介紹必要的數(shù)學基礎(chǔ)；然后結(jié)合direct3d介紹3d圖形的基本實現(xiàn)過程，例如顏色、紋理、光照、模板等；接著對3d圖形的部分應(yīng)用主題進行了詳細介紹，例如粒子系統(tǒng)、拾取等；最后對direct3d的圖形渲染管道的各個階段進行了介紹，特別是對direct3d
11的新技術(shù)進行了詳細描述。
　　《3d圖形編程基礎(chǔ)——基于directx
11》可作為大學本科和研究生3d游戲編程課程參考書和培訓教材，也可供廣大3d圖形游戲編程用戶學習和參考。

書籍目錄

第一部分　數(shù)學基礎(chǔ)
　第1章　向量
　　1．1向量的概念
　　1．2向量的長度及規(guī)范化
　　1．3向量的加法和減法
　　1．4數(shù)乘
　　1．5點積
　　1．6叉積
　　1．7齊次坐標
　　1．8xna向量
　　1．9本章　小結(jié)
　第2章　矩陣
　　2．1矩陣定義
　　2．2矩陣乘法
　　2．3矩陣的轉(zhuǎn)置
　　2．4單位矩陣
　　2．5逆矩陣
　　2．6xna矩陣
　　2．7本章　小結(jié) 　　
　第3章　矩陣變換
　　3．1基本變換
　　3．2xna矩陣變換函數(shù)
　　3．3幾何變換的組合
　　3．4本章　小結(jié)
第二部分　direcod基礎(chǔ)
　第4章　direct3d 11概述
　　4．1directx概述
　　4．2direct3d 11新特性
　　4．3direct3d 11與opengl 4．0比較
　　4．4direct3d 11與direct3d 10渲染管線比較
　　4．5著色器概述
　　4．6各個管線階段
　　4．7本章　小結(jié)
　第5章　初始化direct3d
　　5．1一些準備工作
　　5．2初始化direct3d
　　5．3本章　小結(jié)
　第6章　hlsl入門
　　6．1effect文件
　　6．2高級著色語言
　　6．3effect框架
　　6．4本章　小結(jié)
　第7章　direct3d11中的繪制
　　7．1三維圖元
　　7．2三角形的繪制
　　7．3基于effect框架的立方體繪制
　第8章　顏色
　　8．1direct3d中的顏色表示
　　8．2頂點顏色
　　8．3著色處理
　　8．4實例程序：colorcube
　　8．5本章　小結(jié)
　第9章　光照
　　9．1光照與材質(zhì)
　　9．2頂點法線
　　9．3光照類型
　　9．4光源類型
　　9．5光照實例
　　9．6本章　小結(jié)
　第10章　紋理
　　10．1紋理坐標
　　10．2創(chuàng)建并使用紋理
　　10．3紋理過濾器
　　10．4紋理采樣
　　10．5紋理尋址模式
　　10．6實例：木箱
　　10．7本章　小結(jié)
　第11章　混合
　　11．1開啟混合
　　11．2混合公式的設(shè)置
　　11．3應(yīng)用顏色混合
　　11．4本章　小結(jié)
　第12章　模板
　　12．1建立緩存區(qū)
　　12．2建立緩存視圖
　　12．3創(chuàng)建模板描述和模板狀態(tài)對象
　　12．4使用模板緩存
　　12．5本章　小結(jié)
第三部分　direct3d應(yīng)用
　第13章　相機設(shè)計
　　13．1基本概念
　　13．2camera設(shè)計
　　13．3camera工作原理
　　13．4camera的實現(xiàn)
　　13．5camera的使用
　　13．6本章　小結(jié)
　第14章　網(wǎng)格
　　14．1obj格式介紹
　　14．3本章　小結(jié)
　第15章　粒子系統(tǒng)
　　15．1粒子系統(tǒng)的工作原理
　　15．2粒子系統(tǒng)的設(shè)計
　　15．3粒子系統(tǒng)的實現(xiàn)
　　15．4本章　小結(jié)
　第16章　拾取
　　16．1拾取流程
　　16．2求拾取射線
　　16．3射線—物體相交判斷
　　16．4本章　小結(jié)
第四部分　direct3d 11渲染管線及高級主題
　第17章　輸入裝配階段
　　17．11a階段的步驟
　　17．2圖元拓撲類型
　　17．3不需要輸入緩存的ia階段
　　17．4本章　小結(jié)
　第18章　頂點著色階段
　　18．1頂點著色器的設(shè)置步驟
　　18．2進行空間變換
　　18．3例程：人物波動
　　18．4例程：頂點光照
　　18．5本章　小結(jié)
　第19章　曲面細分技術(shù)
　　19．1direct3d 11中的曲面細分
　　19．2新的渲染階段
　　19．3實例1：簡單的曲面細分的例子
　　19．4實例2：利用曲面細分實現(xiàn)置換紋理映射
　　19．5本章　小結(jié)
　第20章　幾何著色階段
　　20．1幾何著色器的設(shè)計
　　20．2幾何著色器的使用
　　20．3本章　小結(jié)
　第21章　流輸出階段和光柵化階段
　　21．1流輸出階段
　　21．2光柵化階段
　　21．3本章　小結(jié)
　第22章　繪制階段
　　22．1像素著色階段
　　22．2合并輸出階段
　　22．3本章　小結(jié)
　第23章　計算著色器
　　23．1計算著色器的介紹
　　23．2計算著色器線程和線程組
　　23．3計算著色器狀態(tài)
　　23．4實例：分形算法
　　23．5本章　小結(jié)
　附錄awindows編程基礎(chǔ)
　　a．1語言的選擇
　　a．2“類”和類
　　a．3人口函數(shù)
　　a．4注冊窗口“類”并創(chuàng)建窗口
　　a．5顯示窗口并處理消息隊列
　　a．6響應(yīng)消息
　附錄bxna數(shù)學庫
　　b．1編譯指令
　　b．2常量
　　b．3宏命令
　　b．4結(jié)構(gòu)和類型
　　b．5函數(shù)
　參考文獻
　　　　

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：   插圖：   三維（3D）圖形試圖在計算機上模擬真實的世界，但計算機是一個處理數(shù)據(jù)的工具，因此用數(shù)據(jù)來描述虛擬世界就成為一個很重要的過程，數(shù)學則成為編寫圖形程序必不可少的基礎(chǔ)。 本部分將介紹學習本書所需要的基本數(shù)學知識，包括向量、矩陣和相應(yīng)的變換等方面的內(nèi)容，這些知識幾乎在本書所有的例子程序中都有所涉及。本書在介紹數(shù)學概念的同時，闡述了一些Direct3D 11中對應(yīng)的類或數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以增加讀者對這些知識的理解。 需要說明的是，本書不可能在有限的篇幅內(nèi)闡述所有計算機圖形學所涉及的數(shù)學知識，而只能就使用最多的一些數(shù)學知識簡單地進行一些講解，如果讀者希望了解更詳細的內(nèi)容，可參考相應(yīng)的數(shù)學書籍。 向量是圖形程序中最為基礎(chǔ)的數(shù)學工具，可以用來向量表示位置、方向、速度和作用力等。本章將介紹向量的相關(guān)概念及其操作方法。 目標： ?熟悉向量的定義和表示方式。 ?學習向量的運算，包括加、減、數(shù)乘、點乘和叉積。 ?學習向量的標準化。 ?了解坐標系和齊次坐標。 ?學習XNA庫中向量的表示和操作方法。 1．1  向量的概念 在數(shù)學中，既有方向又有大小的線段叫做向量（又稱為矢量）。 向量與位置無關(guān)。具有同樣長度和方向的兩個向量是相等的，即使它們在不同的位置上。 1．1．1  向量的表示 向量最初被應(yīng)用于物理學。數(shù)學中的向量概念是從復數(shù)中引入的。在數(shù)學上表示向量有如下3種方式。 （1）幾何表示：規(guī)定了起點和終點的線段叫做有向線段，可以使用一條有向線段來表示一個向量。有向線段的長度表示向量的大小，箭頭所指的方向表示向量的方向。起點不固定的向量叫做自由向量，數(shù)學中研究的向量都是自由向量。 （2）坐標表示：在坐標系中對向量進行平移，使其起點與坐標原點重合，用此時向量終點的坐標來表示該向量。在圖形編程中，一般只需要處理二維和三維向量，這兩種坐標系下向量的坐標分別為a＝（x，y）和b＝（x，y，z），其中x，y，z稱為向量的分量。 注意：因為向量和點的坐標表示是一樣的，都是表示為一個有序數(shù)集，所以讀者在遇到一個坐標值時，需要首先根據(jù)上下文判斷出它是用于表示一個向量還是表示一個點。這二者的差別在于，點描述的是位置信息，而向量同時描述了長度和方向信息。 （3）線性組合表示：向量還可以表示為如下形式：a＝ux×i＋uy×j＋uz﹡k，其中，i，j，k分別表示與x，y，z軸平行的單位向量。向量的這種表示方法和坐標表示是一一對應(yīng)的，如：1i—2i＋3z＝（1，2，3）。 注意：本書中向量的記法：本書中統(tǒng)一使用小寫的黑斜體字母來標記向量，比如：a＝（1，2，3）。 1．1．2  左手坐標系和右手坐標系 三維空間有多種表示方法，最常用的是笛卡兒坐標系。三維笛卡兒坐標系基于3條相。

媒體關(guān)注與評論

　　移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為人們的日常生活帶來了革命性的創(chuàng)新，用戶體驗越來越成為業(yè)務(wù)開發(fā)的最大驅(qū)動力，三維圖形技術(shù)將在未來的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用中提供重要的支撐。本書是一本不可多得的三維圖形技術(shù)專著，理論與實踐兼顧，它將逐步引領(lǐng)讀者領(lǐng)略三維編程的奧妙！本書作者在三維圖形處理方面有深厚積累，希望通過本書，為大家分享專業(yè)的處理技術(shù)和豐富的業(yè)務(wù)應(yīng)用?！　　_圣美（中興通訊有限公司首席架構(gòu)師）　　　　作為微軟定制的一套全新的圖形APl標準，DirectXll給圖形開發(fā)者以及用戶提供了極大的想象空間。本書通過豐富的例程深入淺出地介紹了利用DirectXll進行3D編程的原理和方法。我相信無論是初學者還是有一定經(jīng)驗的3D圖形開發(fā)人員都能從此書中獲益。　　——劉鋼（盛大游戲資深圖形系統(tǒng)架構(gòu)師）　　　　從事游戲開發(fā)多年，有很多朋友經(jīng)常問我：如何才能進入這行？如何開始學習游戲開發(fā)？事實上開發(fā)游戲是充滿挑戰(zhàn)性的，需要開發(fā)人員具備大量的知識和技能，而這本書就是讓你具備這些知識的最好切入點。希望這本書能幫助大家早日實現(xiàn)自己的游戲夢想?！　　殁。ㄊ⒋笥螒蛸Y深引擎開發(fā)工程師）

編輯推薦

《21世紀高等學校數(shù)字媒體專業(yè)規(guī)劃教材?3D圖形編程基礎(chǔ):基于DirectX 11》可作為大學本科和研究生3D游戲編程課程參考書和培訓教材，也可供廣大3D圖形游戲編程用戶學習和參考?！?1世紀高等學校數(shù)字媒體專業(yè)規(guī)劃教材?3D圖形編程基礎(chǔ):基于DirectX 11》內(nèi)容豐富而系統(tǒng)，基礎(chǔ)內(nèi)容和擴展性主題相結(jié)合。本書涉及了計算機圖形學的主要內(nèi)容，包括三維空間變換和基本算法、光照與材質(zhì)、紋理映射、粒子系統(tǒng)等，結(jié)合Direct3D可編程渲染管線介紹了著色器編程、粒子系統(tǒng)、曲面細分等高級繪制內(nèi)容。具有知識性和實用性相結(jié)合的特點。本書在講述原理的同時，采用實例教學法，使讀者既能夠基于Direct3D 11迅速編寫自己的三維圖形程序，又能夠了解相關(guān)的圖形學基本原理和最新技術(shù)。

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移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為人們的日常生活帶來了革命性的創(chuàng)新，用戶體驗越來越成為業(yè)務(wù)開發(fā)的最大驅(qū)動力。三維圖形技術(shù)將在未來的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用中提供重要的支撐。本書是一本不可多得的三維圖形技術(shù)專著，理論與實踐兼顧，它將逐步引領(lǐng)讀者領(lǐng)略三維編程的奧妙！本書作者在三維圖形處理方面有深厚積累，希望通過本書，為大家分享專業(yè)的處理技術(shù)和豐富的業(yè)務(wù)應(yīng)用。 ——羅圣美（中興通訊有限公司首席架構(gòu)師） 作為微軟定制的一套全新的圖形API標準，DirectX 11給圖形開發(fā)者以及用戶提供了極大的想象空間。本書通過豐富的例程深入淺出地介紹了利用DirectX 11進行3D編程的原理和方法。我相信無論是初學者還是有一足經(jīng)驗的3D圖形開發(fā)人員都能從此書中獲益。 ——劉鋼（盛大游戲資深圖形系統(tǒng)架構(gòu)師） 叢事游戲開發(fā)多年。有很多朋友經(jīng)常問我：如何才能進入這行？如何開始學習游戲開發(fā)？事實上開發(fā)游戲是充滿挑戰(zhàn)性的。需要開發(fā)人員具備大量的知識和技能，而這本書就是讓你具備這些知識的最好切入點。希望這本書能幫助大家早日實現(xiàn)自己的游戲夢想。 ——洪怡?。ㄊ⒋笥螒蛸Y深引擎開發(fā)工程師）

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