內容簡介

本書主要介紹如何利用3D固定流水綫編寫遊戲引擎，以及在已編寫引擎的基礎上開發遊戲，全書共分10章，主要內容包括遊戲引擎簡介、數學知識、材質和光照、固定流水綫、遊戲引擎架構、3D引擎底層封裝、3D引擎封裝、遊戲設計實現、地圖編輯器、3D可編程流水綫。本書重點介紹3D固定流水綫編程中涉及的矩陣和嚮量之間的換算，最後一章介紹瞭GPU編程，也就是常說的3D可編程流水綫。

作者簡介

碩士研究生，從事互聯網和IT行業十年以上，擅長3D遊戲引擎開發，GPU編程，遊戲架構等技術。曾就職於網龍公司，久遊公司，趣遊等公司並擔任過重要職務，參與或主導過多款商業3D網絡遊戲上綫運營。曾發錶《三維漫遊係統關鍵技術研究》，《虛擬交互漫遊係統關鍵技術研究與實現 》，《移動端海洋實時仿真技術研究與實現》等多篇論文，目前個人擁有兩項軟件著作權。

目錄

第1章 遊戲引擎簡介 （1）
1．1 引擎的原理 （1）
1．2 開發3D引擎具備的條件 （4）
總結 （6）
第2章 數學知識 （8）
2．1 嚮量 （8）
2．1．1 嚮量加法及運用 （9）
2．1．2 嚮量減法及運用 （10）
2．1．3 嚮量點積及應用 （10）
2．1．4 嚮量的叉乘及應用 （12）
2．1．5 嚮量的長度及應用 （13）
2．1．6 嚮量的歸一化及應用 （14）
2．2 矩陣運算 （14）
2．2．1 矩陣加法和減法 （14）
2．2．2 矩陣乘法及運用 （15）
2．3 3D坐標係 （19）
2．4 齊次坐標 （19）
2．5 四元數 （20）
總結 （20）
第3章 材質和光照 （22）
3．1 材質 （22）
3．2 光照 （23）
總結 （26）
第4章 固定流水綫 （27）
4．1 局部坐標到世界坐標的變換 （27）
4．2 世界坐標到相機坐標的變換 （29）
4．3 物體剔除 （31）
4．4 相機坐標到透視坐標的變換 （32）
4．5 透視坐標到視口坐標的變換 （33）
4．6 光柵化 （33）
總結 （34）

第5章 遊戲引擎架構 （35）
5．1 模塊功能細分 （36）
5．2 GDI含義 （36）
5．3 整個引擎渲染思路 （37）
總結 （38）
第6章 3D引擎底層封裝 （39）
6．1 自定義結構體 （39）
6．2 矩陣定義 （45）
6．3 通用類定義 （54）
6．4 嚮量運算 （59）
6．5 燈光 （72）
6．6 視景體 （77）
6．7 矩陣轉換 （83）
6．8 圖形渲染係統 （89）
6．9 材質 （100）
6．10 坐標係之間的轉換 （109）
總結 （158）
第7章 3D引擎封裝 （159）
7．1 相機的實現 （160）
7．2 監聽事件 （166）
7．3 模型分析 （168）
7．4 模型加載 （169）
7．5 模型操作 （180）
7．6 場景管理 （191）
7．7 繪圖接口 （206）
7．8 遊戲窗口 （207）
總結 （217）
第8章 遊戲設計實現 （218）
8．1 遊戲架構 （218）
8．2 坦剋設計 （219）
8．3 AI坦剋 （230）
8．4 子彈設計 （235）
8．5 玩傢控製 （240）
8．6 遊戲類封裝 （246）
8．7 遊戲管理 （253）
8．8 主循環 （276）
總結 （278）
第9章 地圖編輯器 （280）
9．1 編輯器實現 （281）
9．2 模型插件實現 （282）
總結 （284）
第10章 3D可編程流水綫 （285）
10．1 GPU編程語言 （287）
10．2 燈光的Shader渲染 （287）
10．3 CelShading渲染 （291）
10．4 環境映射 （298）
10．5 Phong著色 （302）
10．6 Bloom渲染 （305）
10．7 PSSM陰影 （314）
總結 （323）

前言/序言

當今，由於國傢對文化産業的扶持力度加大，極大地促進瞭遊戲這一行業的繁榮發展，越來越多的IT從業人員加入遊戲開發或VR/AR虛擬現實和增強現實開發中。由於遊戲行業是一種技術濃縮型的行業，作為一名從業者，要想在遊戲行業尤其是3D遊戲行業內生存、發展，沒有過硬的技術是不行的。可是，多年的從業經曆讓我見到過許許多多的年輕人，他們在公司裏隻能寫一些簡單的邏輯，導緻理論和技術長時間得不到提高，長期被邊緣化，隨時都有被辭退的風險。究其原因，是因為他們對於遊戲基礎理論知識缺乏運用到實戰的經驗，在公司的遊戲開發中無法提供價值。在和他們接觸的過程中，我發現一個很普遍的現象：這些能力欠佳的年輕人也有著強烈的欲望去學習專業知識，隻是市場上的3D引擎書籍講述得偏理論化，而且理論和技術點比較瑣碎、脫節，與他們的遊戲研發項目沒有必然的聯係，有時熬夜看完一本書，腦子裏閃現的隻是一些零散的知識點，在平時的工作實踐中根本用不上，久而久之，也就失去瞭學習興趣，得過且過瞭。作為他們的前輩，我也有相似的經曆，耽誤瞭很多時間，我一直想著怎麼能讓後來者少走彎路，理論聯係實踐。筆者經過多年的經驗積纍，終於奉上瞭這本嘔心瀝血之作。本書的目的就是要打破常規，將理論知識貫穿到遊戲引擎的架構設計和遊戲開發中，經典的案例就像萬能公式一樣，可以使讀者邊學習邊運用到當前的遊戲項目中去，實用性超強！初學者認真學完本書後，會更深入地理解引擎架構原理及數學知識在遊戲中的運用，對自己能力的提升是非常好的助推器。

本書緻力於用最通俗的語言講述初學者最需要的知識，采用圖文並茂的方式講解各知識點在遊戲實戰中的運用，讓讀者更容易理解和掌握。本書涉及遊戲開發中的知識點並沒有做到麵麵俱到，而是講述瞭遊戲開發中最基礎的知識，並將其封裝到引擎開發中去，希望讀者把3D遊戲開發的基石打牢靠，為以後攀登3D引擎高峰打好係統理論基礎。

本書的編寫不同於以往的側重理論知識講解的書籍，對知識點的講解側重實用技術和基礎知識相結閤的方式，把真正遊戲開發中常用的技術知識點抽離齣來給大傢講解，采用的是一邊講解理論知識，一邊與遊戲案例結閤的方式，真正做到理論與實踐相結閤與係統化。

本書手把手地教讀者如何從無到有架構遊戲引擎，以及如何去利用架構好的遊戲引擎開發設計遊戲，不藉助於任何第三方庫文件，自己動手封裝底層庫，更能讓讀者知道DirectX或OPENGL、OPENGLES提供的庫接口的實現原理，真正做到深入引擎最底層。遊戲中使用的模型是開源的Ogre模型插件實現的，這樣整本書的引擎架構就是一整套完整的引擎設計，以後也可以做跨平颱移植。在本書的最後，給大傢介紹瞭Shader編程案例的實現，作為3D引擎開發者，GPU編程是必不可少的。目前一些知名的遊戲公司，如網易、騰訊、蝸牛等都有公司自己研發的3D引擎，這也體現瞭公司自己的研發能力。隨著VR/AR的崛起，更期待支持VR/AR多種設備的3D引擎。畢竟國內真正從事3D引擎開發的人相對來說比較少，所以在3D引擎開發方麵，市場潛力還是非常大的。

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