游戏编程算法与技巧 9787121276453 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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Sanjay Madhav，刘瀚阳 著

图书标签:

• 游戏编程
• 算法
• 技巧
• 游戏开发
• C++
• DirectX
• 图形学
• 数据结构
• 游戏引擎
• 人工智能

店铺： 韵读图书专营店

出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121276453

商品编码：30143062518

包装：平装

出版时间：2016-10-01

图书基本信息
图书名称	游戏编程算法与技巧	作者	Sanjay Madhav,刘瀚阳
定价	89.00元	出版社	电子工业出版社
ISBN	9787121276453	出版日期	2016-10-01
字数		页码
版次	1	装帧	平装
开本	16开	商品重量	0.4Kg

内容简介

本书详细综述了应用在许多重要视频游戏编程中的算法和技术。书中采用了一种独立于平台和结构的方法，能协助开发几乎任何风格、语言和框架的游戏，并展现2D和3D图像、物理、人工智能、相机等工作的基本技术。书中的每个概念都是用C#、Java或 C 程序员直观明白的伪代码阐述的，并且作者已经改进和证实过这些伪代码。本书后作者详细分析了两个完整的游戏，清楚展现了前面章节讲到的很多技术和算法。

作者简介

Sanjay Madhav 是南加利福尼亚大学的讲师，在那里他教授了几门与游戏编程相关的课程。而在全职加入南加利福尼亚大学之前，他作为程序员在许多公司工作过，包括Electronic Arts、Neverso�� 及Pandemic Studios。虽然他在很多系统上都有着丰富的开发经验，但是他感兴趣的还是游戏机制的开发。他所参与的游戏包括《荣誉勋章：太平洋突袭》（Tony Hawk’s Project 8）、《指环王：征服》（Lord of the Rings: Conquest）和The Saboteur。 　　　　从2008 年开始，Sanjay 在南加利福尼亚大学，当时他还是全职游戏程序员当中的一员。在2009 年年末Pandemic Studios 关闭之后，他决定专注于教越来越重要的游戏程序员。他的主要课程是面向本科生的游戏编程课程，而且已经连续教了10 个学期。 　　　　刘瀚阳，互娱高级工程师，Life-long级别的游戏玩家。兴趣使然，大学本科就选择了游戏专业，毕业后一直专注于游戏研发。参与过游戏引擎、大型商业MMORPG、中小型手游的开发。擅长游戏架构设计与开发，代码写得贼溜，略懂产品。一直在游戏行业中默默前进，希望有一天也能做出一款的游戏。

目录

目录 章 游戏编程概述1 游戏编程的发展2 Atari时期（1977—1985年） 2 NES和SNES 时期（1985—1995年） 3 PS和PS2时期（1995—2005年） 3 Xbox360、PS3和Wii时期（2005—2013年） 3 游戏的未来4 游戏循环4 传统的游戏循环4 多线程下的游戏循环6 时间和游戏8 真实时间和游戏时间8 通过处理时间增量来表示游戏逻辑8 游戏对象10 游戏对象的类型10 游戏循环中的游戏对象11 总结13 习题13 相关资料14 游戏编程的发展14 游戏循环14 游戏对象14 第2章 2D 图形 15 2D渲染基础16 CRT显示器基础16 像素缓冲区和垂直同步17 精灵18 绘制精灵18 动画精灵20 精灵表单23 滚屏24 单轴滚屏24 无限滚屏26 平行滚屏27 四向滚屏28 砖块地图29 简单的砖块地图29 斜视等视角砖块地图31 总结32 习题32 相关资料33 Cocos2D 33 SDL 33 第3章 游戏中的线性代数 34 向量35 加法36 减法37 长度、单位向量和正规化38 标量乘积39 点乘40 问题举例：向量反射41 叉乘43 问题举例：旋转一个2D 角色45 线性插值46 坐标系47 矩阵48 加法/减法48 标量乘法49 乘法49 逆矩阵50 转置50 用矩阵变换3D 向量51 总结52 习题52 相关资料53 第4章 3D图形54 基础55 多边形55 坐标系55 模型坐标系56 世界坐标系56 视角/摄像机坐标系60 投影坐标系62 光照与着色64 颜色64 顶点属性65 光照67 Phong光照模型68 着色70 可见性71 再探画家算法72 深度缓冲区73 再探世界变换74 四元数75 3D游戏对象的表示77 总结77 习题77 相关资料78 第5章 游戏输入 79 输入设备80 数字输入80 模拟输入82 　基于事件的输入系统84 　　基础事件系统85 　　一个更复杂的系统87 　移动设备输入89 　　触屏和手势89 　　加速器和陀螺仪91 　　其他移动设备输入92 　总结92 　习题92 　相关资料93 第6章　声音94 　基本声音95 　　原始数据95 　　声音事件95 　3D声音98 　　监听者和发射者98 　　衰减100 　　环绕声100 　数字信号处理101 　　常见数字信号处理效果102 　　区域标记102 　其他声音话题103 　　多普勒效应103 　　声音遮挡104 　总结105 　习题106 　参考资料106 第7章　物理107 　平面、射线和线段108 　　平面108 　　射线和线段109 　碰撞几何体110 　　包围球110 　　轴对齐包围盒111 　　朝向包围盒111 　　胶囊体112 　　凸多边形113 　　组合碰撞几何体113 　碰撞检测113 　　球与球的交叉113 　　AABB与AABB交叉114 　　线段与平面交叉115 　　线段与三角片交叉117 　　球与平面交叉119 　　球形扫掠体检测120 　　响应碰撞124 　　优化碰撞125 　基于物理的移动126 　　线性力学概览127 　　可变时间步长带来的问题128 　　力的计算128 　　欧拉和半隐式欧拉积分129 　　Verlet积分法129 　　其他积分方法130 　　角力学130 　物理中间件130 　总结131 　习题131 　相关资料131 第8章　摄像机 132 　摄像机的类型133 　　固定摄像机133 　　人称摄像机134 　　跟随摄像机134 　　场景切换摄像机135 　透视投影135 　　视场136 　　宽高比137 　摄像机的实现138 　　基础的跟随摄像机138 　　弹性跟随摄像机139 　　旋转摄像机142 　　人称摄像机144 　　样条摄像机146 　摄像机支持算法149 　　摄像机碰撞149 　　拣选149 　总结151 　习题151 　相关资料151 第9章　人工智能152 　“真”AI 与游戏AI 153 　寻路153 　　搜索空间的表示154 　　可接受的启发式算法156 　　贪婪佳优先算法157 　　A*寻路161 　　Dijkstra算法163 　基于状态的行为164 　　AI的状态机164 　　基础的状态机实现165 　　状态机设计模式167 　策略和计划168 　　策略168 　　计划169 　总结170 　习题170 　相关资料172 　　通用AI 172 　　寻路172 　　状态172 0章　用户界面 173 　菜单系统174 　　菜单栈174 　　按钮175 　　打字176 　HUD元素177 　　路点箭头177 　　准心180 　　雷达181 　其他需要考虑的UI 问题186 　　支持多套分辨率186 　　本地化187 　　UI中间件189 　　用户体验189 　总结189 　习题189 　相关资料190 1章　脚本语言和数据格式191 　脚本语言192 　　折中192 　　脚本语言的类型193 　　Lua194 　　UnrealScript 195 　　可视化脚本系统196 　实现一门脚本语言197 　　标记化197 　　正则表达式198 　　语法分析199 　　代码的执行和生成200 　数据格式202 　　折中202 　　二进制格式203 　　INI 203 　　XML 203 　　JSON 204 　案例学习：《魔兽世界》中的UI Mod 205 　　布局和事件205 　　行为206 　　问题：玩家自动操作206 　　问题：UI 兼容性206 　　结论207 　总结207 　习题207 　相关资料208 2章　网络游戏 209 　协议210 　　IP 210 　　ICMP 211 　　TCP 212 　　UDP 214 　网络拓扑215 　　服务器/客户端216 　　点对点218 　作弊219 　　信息作弊219 　　游戏状态作弊220 　　中间人攻击220 　总结221 　习题221 　相关资料222 3章　游戏示例：横向滚屏者（iOS）223 　概览224 　　Objective-C 224 　　Cocos2D 225 　代码分析226 　　AppDelegate 226 　　MainMenuLayer 227 　　GameplayScene 227 　　ScrollingLayer 227 　　Ship 228 　　Projectile 229 　　Enemy 229 　　ObjectLayer 229 　练习230 　总结231 4章　游戏示例：塔防（PC/Mac） 232 　概览233 　　C# 233 　　XNA 235 　　MonoGame 235 　代码分析236 　　设置236 　　单件236 　　游戏类237 　　游戏状态237 　　游戏对象238 　　关卡239 　　计时器239 　　寻路240 　　摄像机和投影241 　　输入241 　　物理242 　　本地化242 　　图形242 　　声音243 　　用户界面243 　练习245 　总结246 附录A 习题答案247 附录B 对开发者有用的工具260

编辑推荐

1.本书全面介绍游戏行业中会用到的算法和技术，包括2D、3D图形学，物理，人工智能，摄像机等多个方面。 2.采用了独特的与平台架构无关的方法来展开开发，适用于任何游戏、风格、语言、框架。 3.每个概念的展示都使用了伪代码，并经过验证，容易被程序员们理解。 4.本书*后以两款完整游戏作为总结，使用了很多书中介绍的算法和技术，源代码都可下载。 5.请回顾每一章课后习题，能巩固所学，助你前进。

文摘

序言

《数字时代的魔术：软件工程的精深与实践》 引言：代码之下的宏伟蓝图 在当今这个由软件驱动的时代，信息技术如同新的电力，支撑着社会的每一个角落。然而，我们日常使用的App、操作系统乃至复杂的工业控制系统，其稳定、高效与安全，绝非偶然堆砌的代码片段所能达成。本书深入剖析了构建可靠、可维护、高性能软件系统的核心原理与实践路径，旨在为读者提供一套超越具体技术栈的工程思维框架。它不是教你如何敲下特定语言的语法，而是揭示如何设计与管理那些历经时间考验的复杂软件结构。 第一部分：软件架构的基石与演进 第一章：从需求到结构：架构定义的艺术 软件设计的起点永远是理解“为什么”和“为谁”服务。本章详尽探讨了需求分析的细微差别，如何将模糊的用户期望转化为清晰、可量化的技术约束。我们将深入研究结构性约束（Non-Functional Requirements），如性能指标、可扩展性边界、安全基线和维护成本目标，这些约束直接塑造了最终的架构决策。 接着，我们将考察经典架构模式的适用性。这不仅包括广为人知的分层架构（Layered Architecture）和客户端-服务器模型，更侧重于现代分布式系统中的事件驱动架构（EDA）与微服务架构（MSA）的权衡。重点分析了何时选择单体架构的内聚性，以及何时投入微服务的复杂性以换取服务的独立部署和技术异构性。讨论了架构决策记录（ADR）的重要性，确保每一次关键的结构性选择都有据可查，避免“技术债务的幽灵”在未来反复出现。 第二章：设计原则的普适性力量 软件工程的伟大之处在于其核心原则的跨语言、跨领域的稳定性。本章聚焦于面向对象设计（OOD）的五大支柱——SOLID原则的深层解读及其在大型项目中的实际应用障碍与规避策略。 单一职责原则（SRP）：不再简单地理解为“一个类只做一件事”，而是深入探讨其在服务边界划分中的应用，确保模块耦合度的最小化。 开放/封闭原则（OCP）：通过策略模式（Strategy Pattern）和模板方法（Template Method Pattern）的具体案例，展示如何通过接口和抽象层实现功能的“可扩展而不易变动”。 此外，我们还将引入依赖倒置原则（DIP）在控制反转（IoC）容器中的实际体现，并对比不同层次的抽象（如依赖注入与服务定位器）的优劣。本章强调，设计原则是指导而非僵化的教条，真正的工程智慧在于根据上下文灵活应用。 第三章：数据持久化与事务的一致性挑战 在数据为王的时代，如何安全、高效地存储和检索信息是核心难题。本章超越了简单的CRUD操作，探讨了关系型数据库（RDBMS）的ACID特性在高并发环境下的性能瓶颈，以及CAP定理对分布式数据存储的根本限制。 我们详细分析了NoSQL数据库的多种类型（键值、文档、列式、图）及其各自最适用的场景。特别关注了最终一致性模型下的数据同步策略，例如版本控制、冲突解决机制（如CRDTs的简化应用）。在事务处理方面，探讨了两阶段提交（2PC）的局限性，并介绍了更具弹性的Saga模式在微服务间长事务管理中的应用，平衡了数据一致性与系统可用性的矛盾。 第二部分：代码质量与可维护性的深层修炼 第四章：测试的艺术：从单元到验收的层级防御 高质量的软件离不开有效的测试策略。本章系统地构建了“测试金字塔”模型，并对其进行了现代化的审视。我们不仅关注单元测试的隔离性与速度，还探讨了如何使用模拟（Mocking）和存根（Stubbing）技术来精确控制依赖关系，避免测试泄露实现细节。 集成测试部分聚焦于系统边界的验证，尤其是在涉及外部服务（如消息队列、外部API）时，如何设计可靠的契约测试（Contract Testing）以保障服务间的通信稳定。最后，深入讨论了行为驱动开发（BDD）的理念，如何通过清晰的业务语言（Gherkin）来桥接技术团队与业务方，确保软件满足真实的业务目标。 第五章：重构的策略与勇气 重构并非是修复Bug的借口，而是持续优化代码内在结构以适应变化的需求。本章提供了一套结构化的重构方法论。 首先，强调了“安全网”——强大的测试套件是进行任何大规模代码重构的前提。接着，系统介绍了诸如“提取方法”、“内联类”、“替换继承为委托”等经典重构手法。更重要的是，本章探讨了“坏味道”（Code Smells）的识别系统，例如“霰弹式修改”（Shotgun Surgery）、“特长类”（Large Class），以及如何运用“绞杀者模式”（Strangler Fig Pattern）来逐步替换遗留系统，实现平滑过渡，规避“一次性重写”的巨大风险。 第三部分：高性能与资源效率的工程实践 第六章：并发、并行与同步的精细控制 现代计算的性能瓶颈往往出现在资源竞争与调度上。本章深入讲解了操作系统层面的进程与线程区别，以及它们在不同计算模型中的表现。 重点剖析了锁机制（Mutex, Semaphore, ReadWriteLock）在并发编程中的应用陷阱，如死锁（Deadlock）、活锁（Livelock）和饥饿（Starvation）的发生条件与解除策略。对于更高性能的需求，我们将探讨无锁数据结构（Lock-Free Data Structures）的基本原理，例如基于CAS（Compare-and-Swap）操作的实现，理解其在特定场景下带来的性能飞跃。 第七章：系统性能的度量与调优 性能优化是一个数据驱动的过程，而非凭空猜测。本章指导读者建立科学的性能分析体系。首先，明确延迟（Latency）与吞吐量（Throughput）的定义及其在业务场景下的优先级。 我们将介绍专业的性能剖析工具（Profilers）的使用方法，学习如何解读CPU时间消耗、内存分配热点和I/O等待情况。针对性地讨论了缓存策略的设计，包括L1/L2/L3缓存的原理，以及在应用层设计分布式缓存（如Redis/Memcached）时，如何选择恰当的淘汰策略（LRU/LFU）和一致性哈希算法。最后，讲解了异步I/O模型（如Reactor模式）如何从根本上提升服务器处理能力，减少线程上下文切换的开销。 结论：构建韧性与未来的软件 软件的生命周期远超初次部署。本书的最终目标是培养一种韧性思维：设计出能够抵御意外负载、快速适应需求变更并易于团队协作维护的系统。我们回顾了架构治理的重要性，强调持续的反馈循环（通过监控、日志和度量）是维持系统健康与演进的生命线。掌握这些工程的深层原理，是每一位追求卓越的软件工程师的必修课。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出现，可以说是及时雨。我一直对如何在游戏中实现流畅的动画和逼真的角色动作感到困惑，但这本书提供了一些我从未接触过的巧妙解决方案。它在关于插值和曲线的章节中，详细讲解了线性插值、贝塞尔曲线等在动画制作中的应用，并且给出了如何根据不同的需求来调整曲线的形状，从而达到想要的动画效果。我之前总是觉得动画制作是个比较“艺术化”的领域，但这本书让我看到了其中蕴含的严谨的数学原理和算法。另外，关于视锥剔除和遮挡剔除的讲解，也让我受益匪浅。我一直知道这些技术可以提高渲染效率，但书中对它们原理的剖析，以及如何根据场景的特点来选择和实现，让我对如何优化游戏的图形性能有了更具体的概念。现在，我再也不用担心因为场景复杂而导致游戏卡顿了，因为我知道如何有效地剔除那些不需要渲染的物体。

评分☆☆☆☆☆

这本书给我带来了一次意想不到的发现之旅。我原本是抱着学习一些“拿来就能用”的小技巧的心态去翻阅的，但没想到，它引导我深入到了许多游戏开发的核心原理。我印象最深刻的是关于路径寻找的章节，它不仅仅是介绍了A算法，还对Dijkstra算法、BFS等进行了深入对比，并阐述了它们各自的优缺点以及适用的场景。我之前一直觉得寻路就是一个黑盒，但现在我明白了其中的精妙之处，能够根据不同的游戏需求选择最合适的算法。而且，书中对于AI行为的模拟，例如有限状态机（FSM）和行为树（Behavior Tree）的讲解，也让我耳目一新。它不是简单地罗列概念，而是通过构建不同角色的行为逻辑，展示了这些技术如何赋予游戏角色生命力。我曾经在设计一些NPC的行为时感到力不从心，这本书为我提供了很多宝贵的思路和框架，让我的游戏角色不再是呆板的机器，而是有了更丰富的表情和更智能的反应。

评分☆☆☆☆☆

这本书真的让我眼前一亮，完全颠覆了我之前对游戏编程的认知。我一直以为游戏开发就是写写代码，实现一些炫酷的特效，但这本书让我看到了背后更深层次的逻辑和艺术。它并没有像许多教材那样枯燥地堆砌理论，而是通过大量生动形象的例子，将那些看似高深莫测的算法和技巧，变得通俗易懂。我特别喜欢它在讲解每个算法时，都会追溯到其产生的历史背景和解决的实际问题，这让我不再是死记硬背，而是真正理解了“为什么”要这么做。书中的插图和图表也做得非常用心，很多复杂的概念通过可视化呈现，瞬间就清晰明了了。我以前在处理一些性能瓶颈的时候总是束手无策，感觉自己像个无头苍蝇，但看完这本书，我学会了如何去分析问题的根源，并且有了系统性的解决思路。例如，它关于碰撞检测的讲解，从基础的AABB到更高级的OBB，再到四叉树和八叉树的应用，每一步都讲解得细致入微，并且给出了实际的代码实现，我迫不及待地想把这些应用到我自己的项目中。

评分☆☆☆☆☆

这是一本让我受益匪浅的书，它在很多我曾经认为“难以逾越”的领域，都为我打开了新的大门。我曾经对如何在游戏中实现复杂的AI行为感到束手无策，但这本书的讲解，从基础的决策树到更高级的博弈论应用，都让我有了全新的认识。它不仅仅是讲解了算法，更重要的是展示了如何将这些算法融入到游戏的设计中，从而创造出更有趣、更有挑战性的游戏体验。我尤其喜欢它关于模拟和生成部分的内容，例如如何生成逼真的地形、如何模拟复杂的粒子系统，以及如何创建动态的游戏世界。这些技术不仅让游戏画面更加丰富多彩，也让游戏的玩法充满了无限可能。这本书让我意识到，游戏编程不仅仅是技术的堆砌，更是创造力的展现，而这些算法和技巧，正是实现这些创意的有力工具。

评分☆☆☆☆☆

读完这本书，我最大的感受就是“豁然开朗”。我之前在编写一些需要大量计算的系统时，总是会遇到性能问题，优化起来也是大海捞针。这本书就像是一位经验丰富的导师，耐心地为我指明了方向。它在讲解数据结构和算法时，不仅仅是罗列了时间复杂度和空间复杂度，更重要的是结合了游戏开发的实际场景，例如如何选择合适的数据结构来存储大量的游戏对象，如何优化查找和插入操作，以及如何通过算法来减少不必要的计算。我特别喜欢书中关于随机数生成和优化的部分，这对于许多需要随机性的游戏类型至关重要，而书中提供的各种技巧和算法，能够帮助我生成更自然、更公平的随机结果，并且避免一些常见的陷阱。此外，对于物理引擎的介绍，也让我对游戏中的运动和交互有了更深刻的理解，不再是凭感觉去实现，而是有了更科学的依据。