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3D游戲編程大師技巧(上、下冊)

為了解決ai 3d網格的問題，作者(美)拉莫斯 這樣論述：

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並實現了一個數學庫，供以后編寫演示程序時使用；第6章概述了3D圖形學，讓讀者對之后即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、空間划分和可見性算法、陰影、光照映射等；第15～16章討論了動畫、運動碰撞檢測和優化技術。適合於有一定編程經驗並想從事游戲編程工作或對3D圖形學感興趣的人員閱讀。André LaMothe有25年的計算行業從業經驗，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、人工智能以及計算和工程的其他領域的知識。他創辦的公司Xtreme Game公司一直是自成一體的游

戲開發商和發行商。后來他創辦了Xtreme Games Developer Conference(XGDC)，為游戲開發人員提供了費用更低廉的GDC替代品。他參與了多個項目的開發工作，其中包括eGamezone Networks——一個公平、有趣、沒有任何廣告的網絡游戲分發系統。他還創建了一家公司——Nurve Networks公司，為在乎價格的消費者和業余愛好者開發手持設備上的視頻游戲系統。最后，他還是世界上最龐大的游戲開發系列叢書的編輯。 （上冊）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 4

1.2.2 進入游戲循環 41.2.3 讀取玩家輸入 41.2.4 執行AI和游戲邏輯 41.2.5 渲染下一幀 41.2.6 同步顯示 51.2.7 循環 51.2.8 關閉 51.3 通用游戲編程指南 71.4 使用工具 111.4.1 3D關卡編輯器 141.4.2 使用編譯器 151.5 一個3D游戲范例：Raiders 3D 171.5.1 事件循環 371.5.2 核心3D游戲邏輯 381.5.3 3D投影 391.5.4 星空 411.5.5 激光炮和碰撞檢測 411.5.6 爆炸 411.5.7 玩Raiders3D 411.6 總結 41第2章 Windows和DirectX

簡明教程 432.1 Win32編程模型 432.2 Windows程序的最小需求 442.3 一個基本的Windows應用程序 482.3.1 Windows類 492.3.2 注冊Windows類 532.3.3 創建窗口 532.3.4 事件處理程序 552.3.5 主事件循環 592.3.6 構建實時事件循環 632.4 DirectX和COM簡明教程 642.4.1 HEL和HAL 652.4.2 DirectX基本類 662.5 COM簡介 672.5.1 什麼是COM對象 682.5.2 創建和使用DirectX COM接口 702.5.3 查詢接口 702.6 總結 72第3

章 使用虛擬計算機進行3D游戲編程 733.1 虛擬計算機接口簡介 733.2 建立虛擬計算機接口 753.2.1 幀緩存和視頻系統 753.2.2 使用顏色 783.2.3 緩存交換 803.2.4 完整的虛擬圖形系統 823.2.5 I/O、聲音和音樂 823.3 T3DLIB游戲控制台 833.3.1 T3DLIB系統概述 833.3.2 基本游戲控制台 833.4 T3DLIB1庫 893.4.1 DirectX圖形引擎體系結構 893.4.2 基本常量 893.4.3 工作宏 913.4.4 數據類型和結構 923.4.5 函數原型 953.4.6 全局變量 993.4.7 Dire

ctDraw接口 1003.4.8 2D多邊形函數 1033.4.9 數學函數和錯誤函數 1103.4.10 位圖函數 1113.4.11 8位調色板函數 1153.4.12 實用函數 1183.4.13 BOB（Blitter對象）引擎 1193.5 T3DLIB2 DirectX輸入系統 1263.6 T3DLIB3聲音和音樂庫 1313.6.1 頭文件 1323.6.2 類型 1323.6.3 全局變量 1333.6.4 DirectSound API封裝函數 1333.6.5 DirectMusic API封裝函數 1383.7 建立最終的T3D游戲控制台 1403.7.1 映射真實圖

形到虛擬接口的非真實圖形 1413.7.2 最終的T3DLIB游戲控制台 1433.8 范例T3LIB應用程序 1523.8.1 窗口應用程序 1523.8.2 全屏應用程序 1533.8.3 聲音和音樂 1543.8.4 處理輸入 1543.9 總結 157第二部分 3D數學和變換第4章 三角學、向量、矩陣和四元數 1604.1 數學表示法 1604.2 2D坐標系 1614.2.1 2D笛卡爾坐標 1614.2.2 2D極坐標 1634.3 3D坐標系 1654.3.1 3D笛卡爾坐標 1654.3.2 3D柱面坐標 1684.3.3 3D球面坐標 1684.4 三角學 1704.4.1

直角三角形 1714.4.2 反三角函數 1724.4.3 三角恆等式 1734.5 向量 1734.5.1 向量長度 1744.5.2 歸一化 1744.5.3 向量和標量的乘法 1754.5.4 向量加法 1764.5.5 向量減法 1764.5.6 點積 1774.5.7 叉積 1794.5.8 零向量 1804.5.9 位置和位移向量 1804.5.10 用線性組合表示的向量 1814.6 矩陣和線性代數 1824.6.1 單位矩陣 1834.6.2 矩陣加法 1844.6.3 矩陣的轉置 1844.6.4 矩陣乘法 1844.6.5 矩陣運算滿足的定律 1864.7 逆矩陣和方程組求

解 1864.7.1 克來姆法則 1884.7.2 使用矩陣進行變換 1904.7.3 齊次坐標 1914.7.4 應用矩陣變換 1924.8 基本幾何實體 1984.8.1 點 1984.8.2 直線 1994.8.3 平面 2024.9 使用參數化方程 2064.9.1 2D參數化直線 2064.9.2 3D參數化直線 2084.10 四元數簡介 2134.10.1 復數理論 2134.10.2 超復數 2184.10.3 四元數的應用 2234.11 總結 226第5章 建立數學引擎 2275.1 數學引擎概述 2275.1.1 數學引擎的文件結構 2285.1.2 命名規則 2285.

1.3 錯誤處理 2295.1.4 關於C++的最后說明 2295.2 數據結構和類型 2295.2.1 向量和點 2305.2.2 參數化直線 2315.2.3 3D平面 2325.2.4 矩陣 2335.2.5 四元數 2365.2.6 角坐標系支持 2375.2.7 2D極坐標 2375.2.8 3D柱面坐標 2385.2.9 3D球面坐標 2395.2.10 定點數 2395.3 數學常量 2405.4 宏和內聯函數 2425.4.1 通用宏 2465.4.2 點和向量宏 2465.4.3 矩陣宏 2475.4.4 四元數 2495.4.5 定點數宏 2495.5 函數原型 2505.

6 全局變量 2535.7 數學引擎API清單 2535.7.1 三角函數 2545.7.2 坐標系支持函數 2555.7.3 向量支持函數 2585.7.4 矩陣支持函數 2665.7.5 2D和3D參數化直線支持函數 2775.7.6 3D平面支持函數 2815.7.7 四元數支持函數 2855.7.8 定點數支持函數 2935.7.9 方程求解支持函數 2985.8 浮點單元運算初步 3005.8.1 FPU體系結構 3015.8.2 FPU堆棧 3025.8.3 FPU指令集 3035.8.4 經典指令格式 3065.8.5 內存指令格式 3065.8.6 寄存器指令格式 3075.8

.7 寄存器彈出指令格式 3075.8.8 FPU范例 3075.8.9 FLD范例 3085.8.10 FST范例 3085.8.11 FADD范例 3105.8.12 FSUB范例 3125.8.13 FMUL范例 3135.8.14 FDIV范例 3145.9 數學引擎使用說明 315游戲控制台 3175.10 關於數學優化的說明 3175.11 總結 317第6章 3D圖形學簡介 3186.1 3D引擎原理 3186.2 3D游戲引擎的結構 3196.2.1 3D引擎 3196.2.2 游戲引擎 3206.2.3 輸入系統和網絡 3206.2.4 動畫系統 3216.2.5 碰撞檢測和

導航系統 3246.2.6 物理引擎 3256.2.7 人工智能系統 3266.2.8 3D模型和圖像數據庫 3276.3 3D坐標系 3286.3.1 模型（局部）坐標 3286.3.2 世界坐標 3316.3.3 相機坐標 3346.3.4 有關相機坐標的說明 3416.3.5 隱藏物體（面）消除和裁剪 3426.3.6 透視坐標 3476.3.7 流水線終點：屏幕坐標 3566.4 基本的3D數據結構 3636.4.1 表示3D多邊形數據時需要考慮的問題 3636.4.2 定義多邊形 3656.4.3 定義物體 3696.4.4 表示世界 3736.5 3D工具 374動畫數據和運動數據

3756.6 從外部加載數據 3756.6.1 PLG文件 3756.6.2 NFF文件 3786.6.3 3D Studio文件 3816.6.4 Caligari COB文件 3876.6.5 Microsoft DirectX .X文件 3896.6.6 3D文件格式小結 3896.7 基本剛性變換和動畫 3896.7.1 3D平移 3896.7.2 3D旋轉 3906.7.3 3D變形 3926.8 再看觀察流水線 3936.9 3D引擎類型 3946.9.1 太空引擎 3946.9.2 地形引擎 3956.9.3 FPS室內引擎 3966.9.4 光線投射和體素引擎 3976.9.

5 混合引擎 3986.10 將各種功能集成到引擎中 3996.11 總結 399第7章 渲染3D線框世界 4007.1 線框引擎的總體體系結構 4007.1.1 數據結構和3D流水線 4017.1.2 主多邊形列表 4037.1.3 新的軟件模塊 4067.2 編寫3D文件加載器 4067.3 構建3D流水線 4147.3.1 通用變換函數 4147.3.2 局部坐標到世界坐標變換 4207.3.3 歐拉相機模型 4237.3.4 UVN相機模型 4267.3.5 世界坐標到相機坐標變換 4377.3.6 物體剔除 4407.3.7 背面消除 4447.3.8 相機坐標到透視坐標變換 446

7.3.9 透視坐標到屏幕（視口）坐標變換 4517.3.10 合並透視變換和屏幕變換 4557.4 渲染3D世界 4577.5 3D演示程序 4617.5.1 單個3D三角形 4617.5.2 3D線框立方體 4647.5.3 消除了背面的3D線框立方體 4667.5.4 3D坦克演示程序 4677.5.5 相機移動的3D坦克演示程序 4707.5.6 戰區漫步演示程序 4727.6 總結 476（下冊）第三部分 基本3D渲染第8章 基本光照和實體造型 4788.1 計算機圖形學的基本光照模型 4788.1.1 顏色模型和材質 4808.1.2 光源類型 4878.2 三角形的光照計算和光柵

化 4938.2.1 為光照做准備 4978.2.2 定義材質 4988.2.3 定義光源 5028.3 真實世界中的着色 5078.3.1 16位着色 5078.3.2 8位着色 5078.3.3 一個健壯的用於8位模式的RGB模型 5088.3.4 一個簡化的用於8位模式的強度模型 5118.3.5 固定着色 5158.3.6 恆定着色 5178.3.7 Gouraud着色概述 5338.3.8 Phong着色概述 5358.4 深度排序和畫家算法 5358.5 使用新的模型格式 5408.5.1 分析器類 5408.5.2 輔助函數 5438.5.3 3D Studio MAX ASCI

I格式.ASC 5468.5.4 TrueSpace ASCII.COB格式 5488.5.5 Quake II二進制.MD2格式概述 5578.6 3D建模工具簡介 5588.7 總結 561第9章 插值着色技術和仿射紋理映射 5629.1 新T3D引擎的特性 5629.2 更新T3D數據結構和設計 5639.2.1 新的#defines 5649.2.2 新增的數學結構 5669.2.3 實用宏 5679.2.4 添加表示3D網格數據的特性 5689.2.5 更新物體結構和渲染列表結構 5749.2.6 函數清單和原型 5779.3 重新編寫物體加載函數 5839.3.1 更新.PLG/P

LX加載函數 5849.3.2 更新3D Studio .ASC加載函數 5959.3.3 更新Caligari .COB加載函數 5969.4 回顧多邊形的光柵化 6019.4.1 三角形的光柵化 6019.4.2 填充規則 6049.4.3 裁剪 6069.4.4 新的三角形渲染函數 6079.4.5 優化 6129.5 實現Gouraud着色處理 6139.5.1 沒有光照時的Gouraud着色 6149.5.2 對使用Gouraud Shader的多邊形執行光照計算 6249.6 基本采樣理論 6329.6.1 一維空間中的采樣 6329.6.2 雙線性插值 6349.6.3 u和v的

插值 6359.6.4 實現仿射紋理映射 6379.7 更新光照/光柵化引擎以支持紋理 6409.8 對8位和16位模式下優化策略的最后思考 6459.8.1 查找表 6459.8.2 網格的頂點結合性 6469.8.3 存儲計算結果 6469.8.4 SIMD 6479.9 最后的演示程序 647Raider 3D II 6489.10 總結 651第10章 3D裁剪 65210.1 裁剪簡介 65210.1.1 物體空間裁剪 65210.1.2 圖像空間裁剪 65510.2 裁剪算法 65610.2.1 有關裁剪的基本知識 65710.2.2 Cohen-Sutherland裁剪算法 66

110.2.3 Cyrus-Beck/梁友棟-Barsky裁剪算法 66210.2.4 Weiler-Atherton裁剪算法 66510.2.5 深入學習裁剪算法 66710.3 實現視景體裁剪 66710.3.1 幾何流水線和數據結構 66910.3.2 在引擎中加入裁剪功能 67010.4 地形小議 69110.4.1 地形生成函數 69210.4.2 生成地形數據 70010.4.3 沙地汽車演示程序 70010.5 總結 704第11章 深度緩存和可見性 70511.1 深度緩存和可見性簡介 70511.2 z緩存基礎 70811.2.1 z緩存存在的問題 70911.2.2 z緩存

范例 70911.2.3 平面方程法 71111.2.4 z坐標插值 71311.2.5 z緩存中的問題和1/Z緩存 71411.2.6 一個通過插值計算z和1/z的例子 71511.3 創建z緩存系統 71811.4 可能的z緩存優化 73411.4.1 使用更少的內存 73411.4.2 降低清空z緩存的頻率 73411.4.3 混合z緩存 73611.5 z緩存存在的問題 73611.6 軟件和z緩存演示程序 73611.6.1 演示程序I：z緩存可視化 73711.6.2 演示程序II：Wave Raider 73811.7 總結 743第四部分 高級3D渲染第12章 高級紋理映射技術

74612.1 紋理映射——第二波 74612.2 新的光柵化函數 75412.2.1 最終決定使用定點數 75412.2.2 不使用z緩存的新光柵化函數 75512.2.3 支持z緩存的新光柵化函數 75812.3 使用Gouruad着色的紋理映射 75912.4 透明度和alpha混合 76512.4.1 使用查找表來進行alpha混合 76612.4.2 在物體級支持alpha混合功能 77812.4.3 在地形生成函數中加入alpha支持 78412.5 透視修正紋理映射和1/z緩存 78612.5.1 透視紋理映射的數學基礎 78712.5.2 在光柵化函數中加入1/z緩存功能 7

9312.5.3 實現完美透視修正紋理映射 79912.5.4 實現線性分段透視修正紋理映射 80312.5.5 透視修正紋理映射的二次近似 80812.5.6 使用混合方法優化紋理映射 81212.6 雙線性紋理濾波 81412.7 mipmapping和三線性紋理濾波 81912.7.1 傅立葉分析和走樣簡介 81912.7.2 創建mip紋理鏈 82212.7.3 選擇mip紋理 83012.7.4 三線性濾波 83612.8 多次渲染和紋理映射 83712.9 使用單個函數來完成渲染工作 83712.9.1 新的渲染場境 83812.9.2 設置渲染場境 84012.9.3 調用對渲染

場境進行渲染的函數 84212.10 總結 851第13章 空間划分和可見性算法 85213.1 新的游戲引擎模塊 85213.2 空間划分和可見面判定簡介 85213.3 二元空間划分 85613.3.1 平行於坐標軸的二元空間划分 85713.3.2 任意平面空間划分 85813.3.3 使用多邊形所在的平面來划分空間 85813.3.4 顯示/訪問BSP樹中的每個節點 86113.3.5 BSP樹數據結構和支持函數 86313.3.6 創建BSP樹 86513.3.7 分割策略 86813.3.8 遍歷和顯示BSP樹 87613.3.9 將BSP樹集成到圖形流水線中 88613.3.10

BSP關卡編輯器 88713.3.11 BSP的局限性 89713.3.12 使用BSP樹的零重繪策略 89713.3.13 將BSP樹用於剔除 89913.3.14 將BSP樹用於碰撞檢測 90613.3.15 集成BSP樹和標准渲染 90713.4 潛在可見集 91213.4.1 使用潛在可見集 91313.4.2 潛在可見集的其他編碼方法 91413.4.3 流行的PVS計算方法 91513.5 入口 91713.6 包圍體層次結構和八叉樹 91913.6.1 使用BHV樹 92113.6.2 運行性能 92213.6.3 選擇策略 92313.6.4 實現BHV 92413.6.5

八叉樹 93113.7 遮掩剔除 93213.7.1 遮掩體 93313.7.2 選擇遮掩物 93413.7.3 混合型遮掩物選擇方法 93413.8 總結 934第14章 陰影和光照映射 93514.1 新的游戲引擎模塊 93514.2 概述 93514.3 簡化的陰影物理學 93614.4 使用透視圖像和廣告牌來模擬陰影 93914.4.1 編寫支持透明功能的光柵化函數 94114.4.2 新的庫模塊 94414.4.3 簡單陰影 94514.4.4 縮放陰影 94714.4.5 跟蹤光源 95014.4.6 有關模擬陰影的最后思考 95314.5 平面網格陰影映射 95414.5.1 計

算投影變換 95414.5.2 優化平面陰影 95714.6 光照映射和面緩存技術簡介 95814.6.1 面緩存技術 96014.6.2 生成光照圖 96014.6.3 實現光照映射函數 96114.6.4 暗映射（dark mapping） 96314.6.5 光照圖特效 96414.6.6 優化光照映射代碼 96414.7 整理思路 96514.8 總結 965第五部分 高級動畫、物理建模和優化第15章 3D角色動畫、運動和碰撞檢測 96815.1 新的游戲引擎模塊 96815.2 3D動畫簡介 96815.3 Quake II .MD2文件格式 96915.3.1 .MD2文件頭 97

115.3.2 加載Quake II .MD2文件 97915.3.3 使用.MD2文件實現動畫 98715.3.4 .MD2演示程序 99515.4 不基於角色的簡單動畫 99615.4.1 旋轉運動和平移運動 99715.4.2 復雜的參數化曲線移動 99815.4.3 使用腳本來實現運動 99915.5 3D碰撞檢測 100115.5.1 包圍球和包圍圓柱 100115.5.2 使用數據結構來提高碰撞檢測的速度 100315.5.3 地形跟蹤技術 100315.6 總結 1004第16章 優化技術 100516.1 優化技術簡介 100516.2 使用Microsoft Visual C

++和Intel VTune剖析代碼 100616.2.1 使用Visual C++進行剖析 100616.2.2 分析剖析數據 100816.2.3 使用VTune進行優化 100916.3 使用Intel C++編譯器 101516.3.1 下載Intel的優化編譯器 101516.3.2 使用Intel編譯器 101516.3.3 使用編譯器選項 101616.3.4 手工為源文件選擇編譯器 101716.3.5 優化策略 101716.4 SIMD編程初步 101716.4.1 SIMD基本體系結構 101916.4.2 使用SIMD 101916.4.3 一個SIMD 3D向量類 1

03016.5 通用優化技巧 103616.5.1 技巧1：消除_ftol() 103616.5.2 技巧2：設置FPU控制字 103616.5.3 技巧3：快速將浮點變量設置為零 103716.5.4 技巧4：快速計算平方根 103816.5.5 技巧5：分段線性反正切 103816.5.6 技巧6：指針遞增運算 103916.5.7 技巧7：盡可能將if語句放在循環外面 103916.5.8 技巧8：支化（branching）流水線 104016.5.9 技巧9：數據對齊 104016.5.10 技巧10：將所有簡短函數都聲明為內聯的 104016.5.11 參考文獻 104016.6 總

結 1040第六部分 附錄附錄A 光盤內容簡介 1042附錄B 安裝DirectX和使用Visual C/C++ 1044B.1 安裝DirectX 1044B.2 使用Visual C/C++編譯器 1044B.3 編譯提示 1045附錄C 三角學和向量參考 1047C.1 三角學 1047C.2 向量 1049C.2.1 向量長度 1050C.2.2 歸一化 1050C.2.3 標量乘法 1051C.2.4 向量加法 1052C.2.5 向量減法 1052C.2.6 點積 1053C.2.7 叉積 1054C.2.8 零向量 1055C.2.9 位置向量 1055C.2.10 向量的線性組

合 1056附錄D C++入門 1057D.1 C++是什麼 1057D.2 必須掌握的C++知識 1059D.3 新的類型、關鍵字和約定 1059D.3.1 注釋符 1059D.3.2 常量 1060D.3.3 引用型變量 1060D.3.4 即時創建變量 1061D.4 內存管理 1062D.5 流式輸入/輸出 1062D.6 類 1064D.6.1 新結構 1064D.6.2 一個簡單的類 1065D.6.3 公有和私有 1065D.6.4 類的成員函數（方法） 1066D.6.5 構造函數和析構函數 1067D.6.6 編寫構造函數 1068D.6.7 編寫析構函數 1070D.7 域

運算符 1071在類外部定義成員函數 1071D.8 函數和運算符重載 1072D.9 基本模板 1074D.10 異常處理簡介 1075異常處理的組成部分 1076D.11 總結 1078附錄E 游戲編程資源 1079E.1 游戲編程和新聞網站 1079E.2 下載站點 1079E.3 2D/3D引擎 1080E.4 游戲編程書籍 1080E.5 微軟公司的Direct X 多媒體展示 1081E.6 新聞組 1081E.7 跟上行業的步伐 1081E.8 游戲開發雜志 1081E.9 Quake資料 1082E.10 免費模型和紋理 1082E.11 游戲網站開發者 1082附錄F ASC

II碼表 1083 很久以前，我編寫了一本有關游戲編程的圖書《Windows游戲編程大師技巧》，終於實現了夙願——為讀者編寫一本介紹如何制作游戲的圖書。多年后，我在游戲編程方面的經驗更加豐富，思想也更睿智，同時學會了更多游戲編程的技巧。讀者即使沒有閱讀過《Windows游戲編程大師技巧》，也能讀懂本書；但需要提醒您的是，本書的內容更深，重點為3D游戲編程，要求讀者具備眾多的背景知識。