3D游戲（卷1 實時渲染與軟件技術(shù)）

定　價：￥59.00

作　者：	（英）Alan Watt，（英）Fabio Policarpo著；沈一帆[等]譯
出版社：	機械工業(yè)出版社
叢編項：	計算機科學叢書
標　簽：	軟件工程理論軟件工程及軟件方法學計算機與互聯(lián)網(wǎng)

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ISBN：	9787111156529	出版時間：	2005-02-01	包裝：	平裝
開本：	26cm	頁數(shù)：	566	字數(shù)：

內(nèi)容簡介

　　本書綜合介紹了當前流行的三維游戲技術(shù)，主要內(nèi)容包括：建模及基礎(chǔ)數(shù)學；經(jīng)典的三維圖形學；二維技術(shù)；實時渲染及交互式三維圖形渲染技術(shù)；游戲的軟件技術(shù)——引擎的體系結(jié)構(gòu)以及多玩家技術(shù)；游戲領(lǐng)域的其他新興主題，例如人工智能、物理以及碰撞檢測。本書的大部分主題均結(jié)合一個具體的游戲開發(fā)系統(tǒng)Fly3D（包含在光盤中）加以講述，這有助于讀者直接編寫源代碼來實現(xiàn)制作動畫的夢想。通過編寫或修改插件，讀者可以對書中的實例進行試驗，甚至可以開發(fā)出屬于自己的游戲。本書適合作為高等院校相關(guān)專業(yè)的教材，亦可供相關(guān)的研究人員和從業(yè)者參考與學習。本書前言本書的目標是為當今三維游戲技術(shù)提供一個綜合的解決方案。該書的主要內(nèi)容為：實時渲染，或能夠使三維圖形渲染具有交互能力的必要措施；一些開始被應用于游戲領(lǐng)域的其他領(lǐng)域主題，例如人工智能、物理以及碰撞檢測；游戲的軟件技術(shù)——引擎的體系結(jié)構(gòu)以及多玩家技術(shù)。所有內(nèi)容都是圍繞一個能夠?qū)崿F(xiàn)我們所描述的技術(shù)的引擎來寫的，目的是使你可以編寫源代碼來實現(xiàn)自己的想法，或是通過編寫或修改插件來對現(xiàn)有的實例進行試驗。引擎的一些基本特性包括：BSP/PVS渲染管理靜態(tài)幾何體的光照貼圖（柔和陰影的預計算光照）動態(tài)物體的常規(guī)貼圖（點積紋理混合）動態(tài)物體頂點的漫射和鏡面光照帶有霧態(tài)貼圖的容積霧細節(jié)紋理多紋理支持碰撞檢測帶有距離衰減的動態(tài)彩色光照動態(tài)陰影——光照貼圖或Stencil陰影體基于物理的仿真動畫化網(wǎng)格（頂點變形）三角鏈及扇區(qū)（fans）細分表面使用雙二次貝賽爾網(wǎng)格的動態(tài)細節(jié)層次（LODs）帶有動態(tài)光照的卡通風格渲染客戶/服務器結(jié)構(gòu)的多玩家支持（TCP/IP）（使用DirectPlay）三維音效支持（使用DirectSound）鼠標及鍵盤輸入（使用DirectInput）英特爾奔騰III向量及矩陣的數(shù)學優(yōu)化完整的插件管理本書可以從前往后或是從后往前閱讀。比如說，如果你希望了解詳細的實現(xiàn)經(jīng)過，你可以從第二十一章開始讀（引擎體系結(jié)構(gòu)），以幫助你自己了解引擎和開發(fā)環(huán)境，或是在編寫新的插件時使用理論章節(jié)作為參考。同時你也可以選擇用傳統(tǒng)的方式先學習理論部分，再學習具體的實現(xiàn)。這些章節(jié)被劃分為以下幾個內(nèi)容相互獨立的部分：建模及基礎(chǔ)數(shù)學該部分介紹了在處理三維空間中的對象，以及了解對象表達的理論時所必需具備的數(shù)學基礎(chǔ)。經(jīng)典的三維圖形學雖然該部分所介紹的大量材料都已經(jīng)集成在硬件上，我們?nèi)匀恍枰私庥布墓δ?，以便能夠高效地使用它們。實時渲染該部分介紹了在游戲工業(yè)及虛擬現(xiàn)實工業(yè)中發(fā)展起來的技術(shù)，這些技術(shù)使得復雜的場景以合理的高質(zhì)量得到渲染，甚至在低成本的圖形處理機上實現(xiàn)實時。對象的控制該部分介紹了用于控制對象運動的主流技術(shù)，從簡單低級的控制技術(shù)，到使用人工智能技術(shù)的行為動畫。人工智能的材料以爭論的形式，圍繞將來的潛在需求而給出。二維技術(shù)出于對創(chuàng)建成本及渲染成本的考慮，一種解決復雜三維問題的重要方案是使用基于圖像的渲染技術(shù)。軟件技術(shù)該部分以當前流行的第一視角射擊游戲為例，介紹了編寫多玩家游戲所需的技術(shù)。我們考察游戲引擎的軟件體系結(jié)構(gòu)，并且觀察引擎的設計，最后給出一個綜合性的引擎參考指南。本書并不是要教讀者如何用C++和OpenGL語言編程，相反的，我們假定讀者已經(jīng)對C或C++有一定的了解。文中用C++語言給出了一些算法的詳細實例，這些實例是從引擎中提取出來的，并且出于方便在文中進行復制?？焖俚拈喿x將會幫助讀者從一定程度上了解算法的結(jié)構(gòu)。在大多數(shù)情況下，若要完全領(lǐng)會代碼的含義，則需要與第二十一章及參考手冊一起閱讀。本書使用OpenGL圖形API/庫。在第一章中給出了奔騰III代碼和C++語言的等價矩陣操作，第二十章則使用了DirectPlay工具。顯然這些工具都需要單獨進行學習，同時實例的目的則是讓讀者品味它們在實際應用中的用途。

作者簡介

　　AlanWatt，來自英國謝菲爾德大學，曾經(jīng)編寫過多本優(yōu)秀著作，包括《3DComputerGraphics，AdvancedAnimationandRenderingTechniques》和《TheComputerImage》。FabioPolicarpo，來自里約熱內(nèi)盧的軟件開發(fā)者，并且是Paralelo計算機公司的創(chuàng)始人，目前正致力于獨立三維動作多玩家游戲的研究。相關(guān)圖書數(shù)據(jù)倉庫（原書第3版）編譯原理C++語言的設計和演化組合數(shù)學（原書第4版）JAVA編程思想（第2版）CAXA數(shù)控銑CAD/CAM技術(shù)C語言的科學和藝術(shù)計算機視覺UNIX系統(tǒng)編程并行程序設計數(shù)據(jù)庫與事務處理現(xiàn)代操作系統(tǒng)（第2版）計算機網(wǎng)絡：自頂向下方法與Internet特色（原書第3版）3D計算機圖形學（原書第3版）計算機網(wǎng)絡與因特網(wǎng)（原書第4版）數(shù)據(jù)庫原理、編程與性能嵌入式微控制器C++編程思想。第2卷：實用編程技術(shù)模式分析的核方法微機接口技術(shù)實驗教程神經(jīng)網(wǎng)絡原理（原書第２版）并行計算導論（原書第2版）離散數(shù)學導學數(shù)據(jù)庫設計教程（第２版）信息論、編碼與密碼學軟件需求數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)導論3D游戲卷2動畫與高級實時渲染技術(shù)數(shù)字圖像處理疑難解析現(xiàn)代信息檢索信息系統(tǒng)原理：原書第6版操作系統(tǒng)高級編譯器設計與實現(xiàn)計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)方案（原書第3版）C程序設計語言（第2版·新版）習題解答計算機科學概論（原書第2版）人工智能：英文可擴展并行計算技術(shù)、結(jié)構(gòu)與編程Java面向?qū)ο蟪绦蛟O計教程

圖書目錄

第1章  三維計算機圖形學的數(shù)學基礎(chǔ)
1.1 處理三維結(jié)構(gòu)
1.1.1 計算機圖形學中的三維幾何學——仿射變換
1.1.2 改變坐標系的變換
1.2 向量與計算機圖形學
1.2.1 向量加法
1.2.2 向量的長度
1.2.3 法向量與叉積
1.2.4 法向量與點積
1.2.5 與法向量相關(guān)的向量
1.3 光線與計算機圖形學
1.3.1 光線幾何學——交點
1.3.2 光線與球體的交點
1.3.3 光線與凸多邊形的交點
1.3.4 光線與長方體的交點
1.4 具有多邊形性質(zhì)的雙線性插值
1.5 使用SIMD指令集的基礎(chǔ)數(shù)學引擎
第2章建模與表示1─對比回顧與多邊形網(wǎng)格模型
2.1 介紹
2.2三維物體的多邊形表示
2.2.1創(chuàng)建多邊形對象
2.2.2多邊形對象的手工建模
2.2.3 多邊形對象的自動生成
2.2.4 多邊形對象的交互式/數(shù)學生成
2.3  高級方法——構(gòu)造性實體幾何法
2.4 應用建模器或編輯器的高級方法
第3章建模與表示2—多邊形網(wǎng)格的經(jīng)濟性
3.1 多邊形壓縮模型
3.2幾何壓縮（每個頂點的信息）
3.3 編碼連接
3.4 三角鏈
3.5 局部與全局算法
3.6 頂點緩沖的應用
3.7細節(jié)層次（Level Of Detail, LOD）處理
第4章三維表達和建模-地形特殊化
4.1 介紹
4.2簡單的高度場地形
4.3地形的建模過程—分形
4.4 地形LODs：三角二叉樹（Triangle Bintrees）
4.5用光線投射的方法渲染地形
第5章建模和表示方法
5.1 介紹
5.2 貝塞爾曲線
5.2.1 分段貝塞爾曲線的連接
5.2.2 貝塞爾曲線性質(zhì)小結(jié)
5.3 B-樣條曲線
5.3.1 均勻B-樣條
5.3.2 非均勻B-樣條
5.3.3 B-樣條曲線特性小結(jié)
5.4 有理曲線
5.4.1 有理貝塞爾曲線
5.4.2 NURBS
5.5  從曲線到曲面
5.5.1 連續(xù)性與貝塞爾面片
5.2.2 貝塞爾面片物體——猶它茶壺
5.5.3 B-樣條曲面片
5.6 建模或創(chuàng)建面片曲面
5.6.1  用面片的橫截面建模
5.6.2 編輯面片網(wǎng)絡——改變存在的網(wǎng)絡
5.6.3 用曲面擬合創(chuàng)建面片物體
5.7 渲染參數(shù)曲面
5.7.1 面片到多邊形的轉(zhuǎn)化
5.8 游戲中的實用貝塞爾曲線
5.8.1 雙二次網(wǎng)格亞采樣
5.10.1 LOD多邊形網(wǎng)格
5.10.2 面片網(wǎng)格
5.10.3 細分表面
第6章經(jīng)典多邊形網(wǎng)格渲染技術(shù)
6.1 圖形流水線內(nèi)的坐標空間和幾何操作
6.1.1 局部或模型坐標系
6.1.2 世界坐標系
6.2 視見空間內(nèi)的操作
6.2.2 視見約束體
6.2.3 三維屏幕空間
6.2.4 視見約束體和深度
6.3 圖形流水線內(nèi)的算法操作
6.3.1基本視見約束體篩選和剪裁
6.3.2像素的明暗處理
6.3.3明暗插值技術(shù)
6.3.4 隱面剔除
6.4渲染例子
6.4.1 圖6-36（彩頁）
6.4.2圖6-37（彩頁）
6.4.3圖6-38（彩頁）
6.4.4圖6-40（彩頁）
6.4.5圖6-41（彩頁）
第7章        傳統(tǒng)映射技術(shù)
7.1 簡介
7.2  兩維紋理貼圖到多邊形網(wǎng)格物體
7.2.1  使用雙線性插值的逆映射
7.2.2  使用中介曲面的逆向映射方法
7.2.3  實用紋理映射
7.3 二維紋理空間到雙三次參數(shù)曲面片物體
7.4  凹凸映射
7.4.1  凹凸紋理的多通道技術(shù)
7.4.2  針對凹凸映射的預計算技術(shù)
7.5  環(huán)境映射技術(shù)
7.5.1  立方體映射（Cubic Mapping）
7.5.2  球面映射（Sphere Mapping）
7.5.3  環(huán)境映射: 要點比較
7.6  三維紋理域的映射技術(shù)
7.6.1  三維噪聲函數(shù)(Noise)
7.6.3  三維紋理和動畫
7.6.4 三維光照貼圖
7.7.1 圖7.23（彩頁）
7.7.2 圖7.24（彩頁）
7.7.3 圖7.25（彩頁）
第8章反走樣（Anti-aliasing）理論和實踐
8.1引言
8.2走樣和采樣
8.3鋸齒邊
8.4計算機圖形采樣和實際采樣的比較
8.5采樣和重構(gòu)
8.6簡單的比較
8.7前濾波方法
8.8超采樣或后濾波
8.9紋理映射中的反走樣
8.10圖像的Fourier變換
第9章復雜場景的可視性處理
9.1介紹
9.2 為什么要用樹結(jié)構(gòu)？
9.2.1空間分割層次
9.2.2 八叉樹
9.3  BSP 樹
9.3.1  BSP樹的自適應細分
9.4 包圍體層次結(jié)構(gòu)
9.5 BSP樹和多邊形物體
9.5.1 BSP樹和隱面消除
9.5.2  怎樣為多邊形網(wǎng)格場景創(chuàng)建BSP樹
9.5.3 背面篩選
9.5.4 對照視見約束體進行篩選
9.5.5 影響范圍
9.5.6 實用BSP樹
9.5.7 地形和BSP技術(shù)
9.6 用于構(gòu)造內(nèi)型環(huán)境的特殊手段
9.6.1  BSPs和PVS: 一個簡單的非確定性算法
9.7 入口和鏡子
9.7.1 入口的推廣
9.8 高級視見約束體篩選
9.8.1 開發(fā)BV幾何性質(zhì)
9.8.2 在視見約束體篩選中開發(fā)一致性
9.9 精確的可視性
9.9.1 精確的可視性和預計算
9.9.2 可視性過程的排序策略
9.9.3 視見約束體內(nèi)的可視性：閉塞篩選
9.10 動態(tài)物體及其可視性
第10章游戲中的光照效果
10.1光照貼圖
10.1.1光照貼圖空間選取
10.1.2 多邊形/光照貼圖的一致性
10.1.3 光照貼圖實踐
10.2使用光照貼圖的動態(tài)光照效果
10.2.1 運動物體（常用）
10.2.2移動的（以觀察者為中心）聚光燈
10.2.3移動物體和環(huán)境光
10.2.4 移動物體和Gouraud明暗模型
10.3動態(tài)光源(Dynamic Light)
10.5霧貼圖/容積霧(Fog Map/Volumetric Fog)
10.6 光照例子的研究
10.6.1 條紋化(Stripify)并照亮面片模型
第11章  游戲中的陰影
11.1 陰影的特性
11.1.1計算機圖形學中陰影的特性
11.1.2地面上的簡單陰影
11.2 經(jīng)典的陰影算法
11.2.1陰影算法：多邊形投影/掃描線
11.2.2陰影算法：陰影體(Shadow Volume)
11.2.3陰影算法：光源轉(zhuǎn)換到陰影多邊形的來歷
11.2.4陰影算法: 陰影Z -buffer
11.3  游戲中的陰影
11.3.1 在光照圖形中加入陰影
11.3.2 柔和陰影
11.3.3動態(tài)物體的快速陰影
第12章  多路渲染
12.1介紹
12.2 多路函數(shù)性（Multi-pass Functionality）
12.2.1 合成渲染圖像
12.2.2 混合（Blending）（OpenGL）
12.2.3  Z-buffer（OpenGL）
12.2.5  模版緩沖（Stencil Buffer）（OpenGL）
12.3  多路渲染算法
12.3.2 平面反射（Planar Reflection）
12.3.3 多路陰影體（Multi-pass Shadow Volume）
12.3.4多路陰影體——實現(xiàn)
12.3.5 光照對象（Light Object）
12.5 多紋理(Multi-texture)
12.5.1  多路與多紋理渲染的比較
12.6 多紋理實例
12.6.1 細節(jié)調(diào)節(jié)(Detail Modulation)
12.6.2 視角依賴的（View-dependent）細節(jié)光照貼圖
12.6.3 將多紋理用作最終光照模型
第13章  運動控制
13.1  簡介
13.2 對動畫進行預編輯——線性插值及耗用時間
13.3 預編輯動畫——插值問題
13.4  預編輯動畫——顯式編輯
13.5 旋轉(zhuǎn)插值
13.6 用四元數(shù)表示旋轉(zhuǎn)
13.6.1 四元數(shù)的插值
13.6.2 移入與移出四元數(shù)空間
13.6.3 球形的線性插值(Slerp)
13.7 將相機作為動畫對象
13.8 粒子動畫
13.10 關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)
第14章  動態(tài)仿真控制
14.1著名示例-脫機動畫中的動力學（dynamics）
14.2初值問題和邊值問題
14.3主題范圍
14.4 動態(tài)仿真的動機
14.5 基本經(jīng)典粒子論
14.5.1力的性質(zhì)
14.6 基本經(jīng)典剛體理論
14.6.1線動量、角動量和質(zhì)心
14.6.2 世界參照系和物體參照系
14.6.3剛體的方向
14.6.4角速度
14.6.5剛體-力和力矩
14.6.6 慣性張量(Inertia Tensor)
14.6.7碰撞反應
14.7 動態(tài)仿真的實用性
14.7.1一般動力學模塊
14.7.2確定確切的碰撞時間
14.7.3應用依賴性
14.7.4簡單例子
14.7.5預計算和在線仿真
14.7.6時空約束
14.8數(shù)值積分(Numerical Integration)
14.8.1歐拉方法和誤差
14.8.2多步法-Adams-Bashforth
14.8.3 預測-校正
14.8.4 Runge-Kutta
14.8.5自適應方法
第15章碰撞檢測(Collision Detection)
15.1 廣義/狹義二階段算法
15.2 包圍體層次結(jié)構(gòu)
15.3 使用AABB的廣義碰撞檢測
15.3.1  OBB樹
15.3.2 建造OBB樹
15.4 使用OBB的廣義碰撞檢測
15.4.1  k-top 樹
15.5 使用局部或?qū)ο罂臻g劃分的廣義碰撞檢測
15.6 狹義碰撞檢測
15.6.1  凸多面體對-精確碰撞檢測
15.6.3 分割面
15.7 單階段方法
15.7.1        BSP樹
15.7.2 局部或?qū)ο罂臻g劃分——BSP樹的合并
15.7.3 球體/多面體的特殊化處理
15.7.4 使用深度緩存(Z-buffer)
第16章交互控制
16.1 交互與動畫
16.2 控制器模塊
16.3 用戶-對象交互使用簡單阻尼的6自由度控制
16.4 用戶-對象動畫 4鍵汽車模擬
16.5 對象-對象交互
16.6 攝影機-對象交互
16.7 具有簡單自治行為的對象
16.7.1炮臺
16.7.2機器人飛行物體
16.8 用戶-場景交互
第17章  行為與人工智能
17.1 確定的方法和體系結(jié)構(gòu)
17.1.1 有限狀態(tài)機器
17.3 主體結(jié)構(gòu)的例子
17.3.1 由頂向下對由底向上
17.5 作為例子的感知視覺的作用
17.6 認知結(jié)構(gòu)(Learning Architecture)
17.6.1 認知和神經(jīng)網(wǎng)格
17.6.2  兩個線性可分模式類別的感知器
17.6.3 N類別的感知器
17.6.4 MLP前饋的神經(jīng)網(wǎng)絡
17.6.5 向后傳播算法
第18章  二維技術(shù)
18.1 圖像金字塔
18.2 小波變換
18.3 圖象變換及基矩陣
18.4 小波和電腦游戲
18.5 圖像變形——變形轉(zhuǎn)換技術(shù)（Morphing）
18.5.1 變形轉(zhuǎn)化二維圖像
18.5.2 二樣條網(wǎng)格扭曲
第19章基于圖像的渲染
19.1介紹
19.2 重復使用已繪制的圖像——二維技術(shù)
19.2.1平面插板(Planar Impostors)或精靈（Sprite）
19.2.2計算平面插板的有效性
19.2.3布告板和光照效果
19.3變化的渲染資源
19.3.1優(yōu)先渲染
19.3.2圖像分層
19.3.3計算層的有效性
19.3.4以深度對層排序
19.4使用深度信息
19.4.1三維卷繞
19.4.2分層深度圖像（Layered Depth Image，LDI）
19.4.3 使用LDI的入口圖像
19.5 視見插值
19.5.1 視圖變形
19.6 四維技術(shù)—泛光或光場渲染技術(shù)
19.7照片建模和IBR
19.7.1 使用照片全景攝影的基于圖像的渲染
19.7.2合成全景圖
第20章  多人游戲技術(shù)
20.1 介紹
20.2 定義
20.3 多人游戲的實現(xiàn)
20.4 多人游戲所面臨的問題
20.4.1 延遲發(fā)生的原因
20.5 簡化通訊信息
20.5.1 數(shù)據(jù)壓縮
20.5.2 預測性方法
20.5.3  一致性
20.6 應用客戶－服務器模式實現(xiàn)多人游戲
20.6.1        網(wǎng)絡接口
第21章引擎體系結(jié)構(gòu)
21.1  C++游戲編程
21.11 類(Class)
21.1.2 構(gòu)造函數(shù)(Constructor)
21.1.3 析構(gòu)函數(shù)(Destructor)
21.1.4 繼承性(Inheritance)
21.1.5 虛擬函數(shù)(Virtual Function)
21.1.6 運算符（Operator）
21.1.7 模板（Template）
21.1.8 公有性/私有性/保護性
21.2 游戲中復雜度的管理和改進
21.2.1 游戲結(jié)構(gòu)
21.3 引擎設計和體系結(jié)構(gòu)
21.4 Fly 3D軟件體系結(jié)構(gòu)
21.4.1 插件
21.4.2  Fly3D前臺（Front-end）和每幀中的主要渲染操作
21.4.3 碰撞檢測
21.4.4 常備(stock)和活動對象列表
21.4.5 作用球(Sphere of Influence)
21.4.6 對象與插件的通訊
21.4.7 鏡頭和場景繪制
21.4.8 文本輸出
21.4.9 渲染API
第22 章 Fly3D 軟件開發(fā)工具包（SDK）參考
22.1 序言
22.2 全局參考
22.3 對象參考
22.3.1 類anim_mesh:public mesh
22.3.2 類base_object
22.3.3 類bezier_curve:public Base_object
22.3.4 類bezier_patch:public base_object
22.3.5 類boundbox
22.3.6 類bsp_node:public plane
22.3.7 類bsp_object:publicbase_object,particle,local_system
22.3.8 類class_desc
22.3.9 類console
22.3.10 類directX
22.3.11 類face:public plane
22.3.12 類fly_pak
22.3.13 類fly_pak_util
22.3.14 類flydll
22.3.15 類flydllgroup
22.3.16 類flyEngine
22.3.17 類light_map
22.3.18 類light_map_pic
22.3.19 類light_vertex
22.3.20 類local_system
22.3.21 類mat4*4
22.3.22 類mesh:public base_object
22.3.23 類mp_games
22.3.24 類mp_msg
22.3.25 類param_desc
22.3.26 類particle
22.3.27 類picture
22.3.28 類plane
22.3.29 類player_data
22.3.30 類render
22.3.31 類renderGL:public render
22.3.32 類sound:public base_object
22.3.33 類static_mesh:public bsp_object
22.3.34 類stripfan_mesh
22.3.35 類textcache
22.3.36 類textcacheGL:public text-cache
22.3.37 類vector
附錄A Fly3D SDK教程
參考文獻