3D Games Programming pdf epub mobi txt 电子书下载 2026

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出版者:

作者:Rautenbach, Pierre

出品人:

页数:688

译者:

出版时间:2008-10

价格:518.00元

装帧:

isbn号码:9781844808779

丛书系列:

图书标签:

3D游戏
游戏编程
DirectX
OpenGL
C++
游戏开发
计算机图形学
游戏引擎
实时渲染
图形编程

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具体描述

3D Game Programming focuses on all the elements making up a 3-D first-person shooter game engine using a bottom-up approach. By following the easy-to-read text, the reader will learn how to create his or her own next-generation 3-D game engine with support for vertex and pixel shading GPU techniques (via Cg and HLSL), dynamic lighting and shadowing (via stencil shadow volumes), geometric meshes, audio, artificial intelligence, physics, environmental reflections, refraction and advanced lighting techniques such as High Dynamic Range lighting. Dealing with the cross-platform programming of 3-D Games for both Linux/MacOS X (via OpenGL/GLUT) and Windows (via DirectX 10 or OpenGL/GLUT) platforms, this book bridges an existent rift in the game development community. In addition to covering these APIs in-depth, the reader is also introduced to other game programming topics such as game development techniques and methodologies, particle systems, shader-based special effects, physics-based animation and artificial intelligence, making this the most comprehensive game programming guide around.

《3D Games Programming》探索虚拟世界的奥秘：从零开始构建沉浸式3D游戏体验本书并非一本关于“3D游戏编程”的书籍，而是旨在带领读者踏上一段深入理解和构建具有深度、互动性和沉浸感的虚拟世界之旅。我们不局限于单纯的代码实现，而是从根本上剖析构成丰富游戏体验的各个要素，并提供切实可行的方法来将其转化为栩栩如生的数字现实。核心理念：不止于代码，更在于创造现代游戏开发早已超越了简单的坐标变换和渲染管线。一款优秀的游戏，其核心在于能否抓住玩家的心，让他们在虚拟世界中获得情感共鸣、挑战和乐趣。因此，本书将着重探讨如何从概念构思到最终实现的完整流程，确保读者掌握构建真正引人入胜的游戏所需的核心知识和技能。第一部分：构建坚实的基础——理解游戏世界的构成在开始编写任何代码之前，理解游戏世界的基本构成至关重要。我们将从以下几个关键角度深入剖析：几何与空间：三维坐标系与变换：掌握物体在三维空间中的定位、旋转与缩放，理解局部坐标系与世界坐标系的转换。我们将深入探讨矩阵变换的原理，包括平移、旋转（欧拉角、四元数）、缩放等，并理解它们在游戏中的应用，例如摄像机视角变换、物体动画等。网格模型与拓扑：学习描述三维物体形状的常用数据结构，如顶点、边、面。理解多边形网格（Polygon Mesh）的工作原理，包括顶点缓冲区（Vertex Buffer）、索引缓冲区（Index Buffer）的含义与作用。探讨不同网格表示方法的优缺点，以及它们在游戏引擎中的效率考量。碰撞检测与响应：游戏世界中的物体不可能互相穿透，碰撞检测是实现物理交互的基础。我们将介绍多种碰撞检测算法，从简单的包围盒（Bounding Box）和球体（Sphere）碰撞，到更复杂的凸包（Convex Hull）和三角形（Triangle）碰撞。同时，学习如何处理碰撞后的响应，例如反弹、停止、滑动等，以及如何利用物理引擎来简化这些过程。光影与渲染：光照模型：理解光线与物体表面的相互作用是塑造逼真视觉效果的关键。我们将详细介绍经典的光照模型，如朗伯反射（Lambertian Reflection）、冯氏着色（Phong Shading）、布林-冯氏着色（Blinn-Phong Shading）等，并探讨如何模拟不同光源（点光源、方向光、聚光灯、环境光）的效果。材质属性：物体表面如何反射光线，决定了它的外观。学习定义材质属性，包括颜色（漫反射、镜面反射）、光滑度（Specular Exponent）、反射率（Reflectivity）、折射率（Refractivity）等。理解PBR（Physically Based Rendering，基于物理的渲染）等现代渲染技术在模拟真实世界光照方面的优势。纹理映射：将二维图像“包裹”到三维模型表面，是赋予物体细节和真实感的常用手段。我们将深入讲解纹理映射的原理，包括UV坐标、纹理过滤（Nearest Neighbor, Bilinear, Trilinear, Anisotropic），以及多重纹理的应用，例如法线贴图（Normal Mapping）、高光贴图（Specular Mapping）、置换贴图（Displacement Mapping）等，它们如何极大地丰富物体的视觉细节。着色器（Shaders）：着色器是GPU上运行的程序，负责计算每个像素的最终颜色。我们将介绍顶点着色器（Vertex Shader）和片段着色器（Fragment Shader）的作用，以及如何利用HLSL或GLSL等语言编写自定义着色器，以实现各种高级渲染效果，例如后处理特效（Bloom, Depth of Field, Motion Blur）、卡通渲染等。动画与运动：关键帧动画：理解动画的基本原理，通过定义关键帧来控制物体在不同时间点的状态，然后通过插值计算中间帧。骨骼动画（Skeletal Animation）：游戏中最常见的动画技术，通过骨骼（Bones）和蒙皮（Skinning）来驱动角色的运动。我们将深入讲解骨骼层次结构、权重绑定（Weight Binding）以及如何通过骨骼变换来生成平滑自然的动画。动画混合与状态机：如何平滑地切换不同的动画，例如从行走切换到跑步，或者同时播放多个动画（如挥剑的同时进行转身）。我们将介绍动画混合（Animation Blending）技术，以及如何利用状态机（State Machine）来管理复杂的动画逻辑。第二部分：构建互动体验——让虚拟世界“活”起来仅仅是静态的画面和精美的模型是不足以构成游戏的，真正的乐趣来源于玩家与虚拟世界的互动。用户输入与控制：输入设备处理：如何接收和处理来自键盘、鼠标、手柄等输入设备的信息。我们将讲解事件驱动模型（Event-Driven Model），以及如何将原始输入转化为游戏内的动作指令。角色控制：实现玩家在游戏中的移动、跳跃、攻击等基本操作。我们将探讨不同的角色控制器设计，例如基于物理的控制器、基于轨迹的控制器等，并分析它们的优缺点。物理模拟：刚体动力学：模拟物体在力的作用下的运动，例如重力、碰撞、摩擦力等。我们将介绍牛顿定律在游戏中的应用，以及如何利用物理引擎（如Bullet, PhysX）来处理复杂的物理交互。关节与约束：模拟物体之间的连接关系，例如铰链、弹簧等，用于创建更复杂的物理场景，如机械臂、布娃娃系统等。人工智能（AI）：路径寻找：让NPC（非玩家角色）在复杂环境中找到从起点到终点的最优路径，常用的算法包括A算法（A Search Algorithm）。决策与行为：为NPC设计智能的行为，使其能够根据游戏状态做出反应。我们将探讨有限状态机（Finite State Machine）、行为树（Behavior Tree）等AI设计模式，以及如何实现简单的敌人AI、友军AI等。感知系统：让NPC能够“感知”到周围的环境和玩家，例如视野、听觉等，从而触发相应的行为。第三部分：打造沉浸式体验——超越视觉的感官盛宴除了核心的游戏机制，细节的处理能极大地提升游戏的沉浸感。音效与音乐：声音的播放与管理：如何在游戏中加载、播放和管理各种音效和背景音乐。空间音频：模拟声音的传播方向和距离，让玩家能够通过声音定位声源，增强环境的真实感。音频引擎集成：了解常用的音频引擎（如FMOD, Wwise）及其在游戏开发中的应用。用户界面（UI）与用户体验（UX）： HUD（Head-Up Display）：设计直观的HUD，显示玩家生命值、弹药、小地图等关键信息。菜单与交互：设计易于导航的菜单系统，包括主菜单、设置菜单、暂停菜单等。反馈机制：通过视觉、听觉或触觉反馈，及时告知玩家他们的行为产生的结果，例如命中敌人时的特效、受击时的屏幕晃动等。性能优化：渲染优化：学习如何通过剔除（Culling，例如视锥剔除Frustum Culling，遮挡剔除Occlusion Culling）、LOD（Level of Detail）等技术来减少渲染负担。物理优化：简化物理计算，减少不必要的碰撞检测。内存管理：高效地管理游戏中的资源，避免内存泄漏。学习方法与实践：本书在每一章都将提供清晰的理论阐述，并辅以具体的代码示例和项目实践。我们将引导读者逐步构建一个小型但功能完整的游戏原型，亲身体验从概念到实现的完整过程。通过解决实际问题，读者将能够深刻理解每一个技术点的应用场景和优化方法。适用人群：本书适合所有对游戏开发充满热情，希望深入了解如何构建高质量、沉浸式3D游戏体验的开发者、程序员、程序员爱好者以及对计算机图形学和虚拟现实技术感兴趣的读者。无论你是初学者还是有一定经验的开发者，都能从中获得宝贵的知识和启发。展望：随着技术的不断发展，3D游戏的表现力和互动性也在飞速进步。本书的目标是为你打下坚实的基础，让你能够站在巨人的肩膀上，去探索游戏开发的无限可能，并成为创造下一个令人惊叹的虚拟世界的杰出开发者。