手把手教你架构3D游戏引擎 9787121303180 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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姜雪伟 著

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• 编程
• 计算机图形学
• 引擎开发

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出版社： 电子工业出版社

ISBN：9787121303180

商品编码：29637647262

包装：平装-胶订

出版时间：2016-11-01

基本信息

书名:手把手教你架构3D游戏引擎

定价：59.00元

售价：43.1元,便宜15.9元,折扣73

作者:姜雪伟

出版社：电子工业出版社

出版日期：2016-11-01

ISBN：9787121303180

字数：

页码：

版次：1

装帧：平装-胶订

开本：16开

商品重量：0.4kg

编辑推荐

内容提要

本书主要介绍如何利用3D固定流水线编写游戏引擎，以及在已编写引擎的基础上开发游戏，全书共分10章，主要内容包括游戏引擎简介、数学知识、材质和光照、固定流水线、游戏引擎架构、3D引擎底层封装、3D引擎封装、游戏设计实现、地图编辑器、3D可编程流水线。本书重点介绍3D固定流水线编程中涉及的矩阵和向量之间的换算，*后一章介绍了GPU编程，也就是常说的3D可编程流水线。

目录

章 游戏引擎简介（1）
1.1 引擎的原理（1）
1.2 开发3D引擎具备的条件（4）
总结（6）
第2章 数学知识（8）
2.1 向量（8）
2.1.1 向量加法及运用（9）
2.1.2 向量减法及运用（10）
2.1.3 向量点积及应用（10）
2.1.4 向量的叉乘及应用（12）
2.1.5 向量的长度及应用（13）
2.1.6 向量的归一化及应用（14）
2.2 矩阵运算（14）
2.2.1 矩阵加法和减法（14）
2.2.2 矩阵乘法及运用（15）
2.3 3D坐标系（19）
2.4 齐次坐标（19）
2.5 四元数（20）
总结（20）
第3章 材质和光照（22）
3.1 材质（22）
3.2 光照（23）
总结（26）
第4章 固定流水线（27）
4.1 局部坐标到世界坐标的变换（27）
4.2 世界坐标到相机坐标的变换（29）
4.3 物体剔除（31）
4.4 相机坐标到透视坐标的变换（32）
4.5 透视坐标到视口坐标的变换（33）
4.6 光栅化（33）
总结（34）

第5章 游戏引擎架构（35）
5.1 模块功能细分（36）
5.2 GDI含义（36）
5.3 整个引擎渲染思路（37）
总结（38）
第6章 3D引擎底层封装（39）
6.1 自定义结构体（39）
6.2 矩阵定义（45）
6.3 通用类定义（54）
6.4 向量运算（59）
6.5 灯光（72）
6.6 视景体（77）
6.7 矩阵转换（83）
6.8 图形渲染系统（89）
6.9 材质（100）
6.10 坐标系之间的转换（109）
总结（158）
第7章 3D引擎封装（159）
7.1 相机的实现（160）
7.2 监听事件（166）
7.3 模型分析（168）
7.4 模型加载（169）
7.5 模型操作（180）
7.6 场景管理（191）
7.7 绘图接口（206）
7.8 游戏窗口（207）
总结（217）
第8章 游戏设计实现（218）
8.1 游戏架构（218）
8.2 坦克设计（219）
8.3 AI坦克（230）
8.4 子弹设计（235）
8.5 玩家控制（240）
8.6 游戏类封装（246）
8.7 游戏管理（253）
8.8 主循环（276）
总结（278）
第9章 地图编辑器（280）
9.1 编辑器实现（281）
9.2 模型插件实现（282）
总结（284）
0章 3D可编程流水线（285）
10.1 GPU编程语言（287）
10.2 灯光的Shader渲染（287）
10.3 CelShading渲染（291）
10.4 环境映射（298）
10.5 Phong着色（302）
10.6 Bloom渲染（305）
10.7 PSSM阴影（314）
总结（323）

作者介绍

硕士研究生，从事互联网和IT行业十年以上，擅长3D游戏引擎开发，GPU编程，游戏架构等技术。曾就职于网龙公司，久游公司，趣游等公司并担任过重要职务，参与或主导过多款商业3D网络游戏上线运营。曾发表《三维漫游系统关键技术研究》，《虚拟交互漫游系统关键技术研究与实现 》，《移动端海洋实时仿真技术研究与实现》等多篇论文，目前个人拥有两项软件著作权。

文摘

序言

《深入解析现代游戏引擎设计：从底层原理到高级实践》 内容简介： 这是一本旨在为读者揭示现代游戏引擎运作奥秘的深度技术指南。本书并非一本浅尝辄止的入门读物，而是致力于将读者引入游戏引擎核心开发的复杂而迷人的世界。我们将从最基础的计算机图形学原理出发，逐步构建对游戏引擎底层架构的深刻理解，并在此基础上探讨实现高级功能的技术路径。全书内容逻辑严谨，层层递进，旨在培养读者独立分析和解决复杂技术问题的能力，最终能够自主设计和开发出性能优越、功能强大的游戏引擎。 第一部分：图形渲染的基石 在游戏开发的宏大叙事中，图形渲染无疑是绘制虚拟世界、赋予游戏生命力的核心驱动力。本书的第一部分将扎实地铺设起理解图形渲染的坚实基础。我们将从最根本的数学概念讲起，深入探讨三维空间中的向量、矩阵运算，以及它们在3D场景变换（模型变换、视图变换、投影变换）中的关键作用。理解这些基础概念，是掌握后续所有图形学技术的先决条件。 接下来，我们将聚焦于现代图形渲染管线，详细剖析其每一个阶段的运作机制。从顶点数据如何被输入，经过顶点着色器进行变换和处理，到图元装配、光栅化生成屏幕像素，再到片段着色器进行颜色计算、纹理映射、光照模拟，以及最终的深度测试、模板测试和颜色混合，我们将一一深入解析。读者将了解到，每一个看似简单的画面背后，都蕴含着精妙的算法和高效的数据处理流程。 本书不会停留在理论层面，而是会深入探讨 GPU 的工作原理。我们将介绍 GPU 的架构特点，理解其并行计算的优势，以及 CUDA、OpenCL 等通用并行计算框架在图形处理中的应用。读者将了解到，如何通过编写高效的着色器程序（GLSL、HLSL）来充分发挥 GPU 的计算能力，实现复杂的视觉效果。 此外，我们还将深入讲解纹理映射、Mipmap、各向异性过滤等纹理技术，以及不同类型的纹理（漫反射、法线、高光、置换等）在丰富场景细节方面的作用。光照模型是构建真实感场景的另一项关键技术，本书将详细讲解各种经典和现代的光照模型，如朗伯模型、冯氏模型、布林-丰模型，以及更先进的 PBR（基于物理的渲染）原理，包括微表面理论、菲涅尔方程、能量守恒等，让读者能够理解如何模拟光线与材质的真实交互。 第二部分：引擎架构与核心系统 在掌握了图形渲染的底层原理后，本书将视角转向引擎整体的架构设计。一个优秀的游戏引擎，其核心在于其高度模块化、可扩展、高性能的架构。我们将探讨游戏引擎的常见架构模式，如实体组件系统（ECS）、场景图（Scene Graph）等，并分析它们的优缺点以及适用场景。读者将学习如何根据项目需求，选择和设计适合的引擎架构。 核心的渲染系统将是我们架构设计的重点。我们将深入讲解渲染器的设计，包括如何管理渲染命令、如何实现多渲染目标（MRT）、如何进行延迟渲染（Deferred Rendering）和前向渲染（Forward Rendering）的权衡与优化。对于后处理特效，如泛光（Bloom）、景深（Depth of Field）、运动模糊（Motion Blur）、屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）等，我们将详细解析其实现原理和优化技巧，以及如何在渲染管线中有效地集成这些效果。 物理引擎是游戏世界互动性的重要保障。本书将深入浅出地介绍刚体动力学（Rigid Body Dynamics）的基本原理，包括牛顿定律、碰撞检测（Bounding Volume Hierarchy, BVH, Sweep and Prune 等）和碰撞响应（Impulse-based Resolution, Constraint-based Resolution 等）。我们将探讨如何实现各种物理约束，如关节、铰链等，以及如何优化物理模拟的性能。对于碰撞检测，我们还会涉及更高级的技术，如连续碰撞检测（CCD），以解决高速运动物体穿透的问题。 此外，资源管理系统是引擎的另一项关键组成部分。我们将探讨如何设计高效的资源加载、卸载、缓存和管理机制，包括纹理、模型、音频、脚本等资源的异步加载和内存优化。动画系统也是游戏世界不可或缺的一部分。我们将深入讲解骨骼动画（Skeletal Animation）的原理，包括蒙皮（Skinning）、插值（Interpolation）、混合（Blending）等技术，并探讨如何实现状态机（State Machine）和 IK（Inverse Kinematics）等高级动画控制。 第三部分：高级特性与性能优化 在建立了坚实的引擎基础后，本书将带领读者探索更高级的游戏引擎特性，并着重于性能优化。我们将深入讲解实时光照技术，包括阴影（Shadow Mapping, Cascaded Shadow Maps, Variance Shadow Maps）、全局光照（Global Illumination）的近似方法（如 Light Propagation Volumes, Voxel Global Illumination, Screen Space Global Illumination）以及光线追踪（Ray Tracing）的基础原理及其在游戏引擎中的应用。 AI（人工智能）在现代游戏中扮演着越来越重要的角色。我们将介绍游戏 AI 的基本概念，包括寻路（Pathfinding, A Algorithm, Navigation Mesh）、决策（Behavior Trees, State Machines, Utility AI）以及仿生学（Boids, Flocking）等。 对于性能优化，本书将提供一系列实用的技术和策略。我们将讲解如何利用性能剖析工具（Profiler）来找出性能瓶颈，并给出针对性的优化建议，包括 CPU 和 GPU 的优化技巧。我们将深入讨论 Draw Call 优化、Batching、Instancing 等渲染优化技术，以及 LOD（Level of Detail）的实现和应用。内存管理和缓存优化也是性能的关键，我们将探讨如何减少内存碎片，提高缓存命中率。 本书还会涉及多线程（Multithreading）和并行计算在游戏引擎中的应用，例如将物理计算、AI 计算、资源加载等任务分配到不同的线程，以提高 CPU 利用率，从而实现更流畅的游戏体验。 第四部分：扩展性与工具链 一个健壮的游戏引擎不仅要拥有强大的核心功能，还需要具备良好的扩展性和易用性。本书的最后部分将探讨引擎的可扩展性设计，包括如何通过插件系统（Plugin System）、脚本接口（Scripting Interface, Lua, Python, C）来方便地扩展引擎功能，以及如何为游戏开发者提供易用的编辑器和工具链。 我们将讨论如何设计和实现一套高效的关卡编辑器、材质编辑器、动画编辑器等，以及它们如何与引擎核心无缝集成。版本控制（Version Control）、持续集成（Continuous Integration）和调试工具（Debugging Tools）也是现代游戏开发流程中不可或缺的环节，我们将对其进行必要的介绍。 总结 《深入解析现代游戏引擎设计：从底层原理到高级实践》是一本面向渴望深入理解游戏引擎内部工作机制的开发者的技术专著。它将带领读者穿越复杂的技术迷宫，从最基础的数学和图形学原理，到精密的架构设计，再到前沿的高级特性和性能优化，构建起一个完整的游戏引擎知识体系。本书的目标是赋能读者，让他们不仅能够熟练使用现有引擎，更能拥有独立设计、开发和优化未来游戏引擎的能力，真正站在游戏技术的最前沿。本书适合具备一定编程基础，对计算机图形学、游戏开发充满热情，并希望在引擎开发领域有所建树的开发者、学生和技术爱好者阅读。

评分☆☆☆☆☆

从一个有着一定开发背景的读者的角度来看，我对这本书的期望，更多是关于“思维模型”的建立。架构设计本质上是一种高阶的抽象能力和系统化思考。我渴望看到作者在讲解每一个模块（比如输入系统、物理引擎、资源管理器）时，不仅仅是展示“如何做”，更重要的是阐述“为什么这么做”。是什么样的工程约束和业务需求，迫使作者选择了A方案而不是B方案？这种“设计决策背后的故事”才是真正提升内功的关键。如果这本书能够像一位资深的首席架构师在做Code Review一样，对我展示不同设计思路的优劣权衡，引导我建立起一套严谨、健壮、可扩展的工程化思维，那么这本书的价值将是无可估量的，它会改变我未来在任何复杂软件项目中思考问题的方式。

评分☆☆☆☆☆

在我过去接触的技术文档中，中文技术书籍在对前沿技术和工业界最佳实践的同步性上，往往不如英文原著。因此，对于一本面向“架构”的中文书籍，我保持着一种谨慎的乐观。我希望作者不仅停留在经典计算机图形学和游戏设计理论，更能融入近年来如Vulkan/DirectX 12等现代图形API的设计思想，以及现代CPU多线程并行处理在游戏逻辑和物理模拟中的应用。构建一个现代3D引擎，绝不是重蹈覆辙，而是要在现有硬件架构的约束下，进行创新性的设计。如果这本书的内容能够紧密贴合当前主流的开发环境和工具链，而不是一套脱离实际的“理想化”模型，那么它就具备了成为一本实用参考书的潜力，能够帮助我们这些开发者站在巨人的肩膀上，而不是重复造轮子。

评分☆☆☆☆☆

我对技术学习的方式更偏向于实践驱动。很多教材会用晦涩的术语堆砌概念，让人读完后感觉云里雾里，实践起来却无从下手。我更期待的是一种“边做边学”的体验。这本书如果能提供清晰的项目结构，并在讲解完一个模块后，立即对应到代码实现上，帮助读者亲手编译并运行起一部分功能，那无疑会大大增强学习的成就感和粘性。尤其是在图形学部分，光照模型、阴影投射、后处理特效这些最直观的部分，如果能用清晰的流程图配合代码注释来讲解，我学习起来会轻松很多。毕竟，自己亲手搭建的渲染流水线，哪怕是最简单的模型，其带来的理解深度，也是看再多理论公式也无法替代的。这种动手能力和对底层机制的直观感知，才是学习架构的真谛所在。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简直太吸引人了，那种深邃的蓝绿色调，加上未来感的字体排版，一下子就抓住了我的眼球。我一直对游戏开发领域充满好奇，尤其是底层架构的部分，总觉得那是驱动整个虚拟世界的“心脏”。市面上很多教程往往停留在高层应用API的调用上，讲得热闹，但追根究底，你还是不清楚数据是如何在内存中流转，渲染管线是如何一步步构建起我们看到的绚丽画面的。这本书的标题虽然直白，但透露出一种务实和深入的信号，让人感觉这不是空谈理论，而是真刀真枪地教你“撸起袖子加油干”。我特别期待它在基础数学、数据结构在引擎设计中的应用上能有独到的见解，毕竟，没有扎实的理论地基，再华丽的引擎代码也容易变成空中楼阁。希望作者能像一个经验丰富的老工匠一样，耐心地带我们走过那些枯燥却至关重要的底层细节，真正做到“手把手”。从目前的预感来看，这本书很可能成为我书架上那本被翻烂的“武功秘籍”。

评分☆☆☆☆☆

说实话，我对技术书籍的评价通常都很挑剔，因为很多号称“架构”的书，读完后发现无非是某个开源框架的API手册拆解版，缺乏对设计哲学和权衡取舍的深入探讨。这本书的定价和篇幅，让我相信它承担了更大的野心——构建一个从零开始、具有完整功能体系的引擎框架。我最看重的部分是其对性能优化策略的讲解，毕竟在实时渲染的世界里，毫秒级的延迟都可能决定用户体验的成败。一个优秀的引擎架构师，必须是艺术家与工程师的完美结合，既要懂得如何优雅地组织代码，更要明白如何在CPU和GPU的限制下榨取每一份性能。我希望能看到作者如何处理跨平台兼容性问题，如何在内存管理和资源加载策略上做出那些艰难却正确的决定。如果书中能清晰地阐述不同设计模式（比如组件实体系统ECS与传统面向对象OOP）在引擎上下文中的适用性对比，那这本书的价值就远超一般教程了。