手把手教你架構3D遊戲引擎 9787121303180 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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薑雪偉 著

圖書標籤:

• 3D遊戲引擎
• 遊戲開發
• 圖形學
• DirectX
• 渲染技術
• 遊戲架構
• C++
• 編程
• 計算機圖形學
• 引擎開發

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 電子工業齣版社

ISBN：9787121303180

商品編碼：29637647262

包裝：平裝-膠訂

齣版時間：2016-11-01

基本信息

書名:手把手教你架構3D遊戲引擎

定價：59.00元

售價：43.1元,便宜15.9元,摺扣73

作者:薑雪偉

齣版社：電子工業齣版社

齣版日期：2016-11-01

ISBN：9787121303180

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝-膠訂

開本：16開

商品重量：0.4kg

編輯推薦

內容提要

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，*後一章介紹瞭GPU編程，也就是常說的3D可編程流水綫。

目錄

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）
0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）

作者介紹

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。

文摘

序言

《深入解析現代遊戲引擎設計：從底層原理到高級實踐》 內容簡介： 這是一本旨在為讀者揭示現代遊戲引擎運作奧秘的深度技術指南。本書並非一本淺嘗輒止的入門讀物，而是緻力於將讀者引入遊戲引擎核心開發的復雜而迷人的世界。我們將從最基礎的計算機圖形學原理齣發，逐步構建對遊戲引擎底層架構的深刻理解，並在此基礎上探討實現高級功能的技術路徑。全書內容邏輯嚴謹，層層遞進，旨在培養讀者獨立分析和解決復雜技術問題的能力，最終能夠自主設計和開發齣性能優越、功能強大的遊戲引擎。 第一部分：圖形渲染的基石 在遊戲開發的宏大敘事中，圖形渲染無疑是繪製虛擬世界、賦予遊戲生命力的核心驅動力。本書的第一部分將紮實地鋪設起理解圖形渲染的堅實基礎。我們將從最根本的數學概念講起，深入探討三維空間中的嚮量、矩陣運算，以及它們在3D場景變換（模型變換、視圖變換、投影變換）中的關鍵作用。理解這些基礎概念，是掌握後續所有圖形學技術的先決條件。 接下來，我們將聚焦於現代圖形渲染管綫，詳細剖析其每一個階段的運作機製。從頂點數據如何被輸入，經過頂點著色器進行變換和處理，到圖元裝配、光柵化生成屏幕像素，再到片段著色器進行顔色計算、紋理映射、光照模擬，以及最終的深度測試、模闆測試和顔色混閤，我們將一一深入解析。讀者將瞭解到，每一個看似簡單的畫麵背後，都蘊含著精妙的算法和高效的數據處理流程。 本書不會停留在理論層麵，而是會深入探討 GPU 的工作原理。我們將介紹 GPU 的架構特點，理解其並行計算的優勢，以及 CUDA、OpenCL 等通用並行計算框架在圖形處理中的應用。讀者將瞭解到，如何通過編寫高效的著色器程序（GLSL、HLSL）來充分發揮 GPU 的計算能力，實現復雜的視覺效果。 此外，我們還將深入講解紋理映射、Mipmap、各嚮異性過濾等紋理技術，以及不同類型的紋理（漫反射、法綫、高光、置換等）在豐富場景細節方麵的作用。光照模型是構建真實感場景的另一項關鍵技術，本書將詳細講解各種經典和現代的光照模型，如朗伯模型、馮氏模型、布林-豐模型，以及更先進的 PBR（基於物理的渲染）原理，包括微錶麵理論、菲涅爾方程、能量守恒等，讓讀者能夠理解如何模擬光綫與材質的真實交互。 第二部分：引擎架構與核心係統 在掌握瞭圖形渲染的底層原理後，本書將視角轉嚮引擎整體的架構設計。一個優秀的遊戲引擎，其核心在於其高度模塊化、可擴展、高性能的架構。我們將探討遊戲引擎的常見架構模式，如實體組件係統（ECS）、場景圖（Scene Graph）等，並分析它們的優缺點以及適用場景。讀者將學習如何根據項目需求，選擇和設計適閤的引擎架構。 核心的渲染係統將是我們架構設計的重點。我們將深入講解渲染器的設計，包括如何管理渲染命令、如何實現多渲染目標（MRT）、如何進行延遲渲染（Deferred Rendering）和前嚮渲染（Forward Rendering）的權衡與優化。對於後處理特效，如泛光（Bloom）、景深（Depth of Field）、運動模糊（Motion Blur）、屏幕空間環境光遮蔽（SSAO）等，我們將詳細解析其實現原理和優化技巧，以及如何在渲染管綫中有效地集成這些效果。 物理引擎是遊戲世界互動性的重要保障。本書將深入淺齣地介紹剛體動力學（Rigid Body Dynamics）的基本原理，包括牛頓定律、碰撞檢測（Bounding Volume Hierarchy, BVH, Sweep and Prune 等）和碰撞響應（Impulse-based Resolution, Constraint-based Resolution 等）。我們將探討如何實現各種物理約束，如關節、鉸鏈等，以及如何優化物理模擬的性能。對於碰撞檢測，我們還會涉及更高級的技術，如連續碰撞檢測（CCD），以解決高速運動物體穿透的問題。 此外，資源管理係統是引擎的另一項關鍵組成部分。我們將探討如何設計高效的資源加載、卸載、緩存和管理機製，包括紋理、模型、音頻、腳本等資源的異步加載和內存優化。動畫係統也是遊戲世界不可或缺的一部分。我們將深入講解骨骼動畫（Skeletal Animation）的原理，包括濛皮（Skinning）、插值（Interpolation）、混閤（Blending）等技術，並探討如何實現狀態機（State Machine）和 IK（Inverse Kinematics）等高級動畫控製。 第三部分：高級特性與性能優化 在建立瞭堅實的引擎基礎後，本書將帶領讀者探索更高級的遊戲引擎特性，並著重於性能優化。我們將深入講解實時光照技術，包括陰影（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）以及光綫追蹤（Ray Tracing）的基礎原理及其在遊戲引擎中的應用。 AI（人工智能）在現代遊戲中扮演著越來越重要的角色。我們將介紹遊戲 AI 的基本概念，包括尋路（Pathfinding, A Algorithm, Navigation Mesh）、決策（Behavior Trees, State Machines, Utility AI）以及仿生學（Boids, Flocking）等。 對於性能優化，本書將提供一係列實用的技術和策略。我們將講解如何利用性能剖析工具（Profiler）來找齣性能瓶頸，並給齣針對性的優化建議，包括 CPU 和 GPU 的優化技巧。我們將深入討論 Draw Call 優化、Batching、Instancing 等渲染優化技術，以及 LOD（Level of Detail）的實現和應用。內存管理和緩存優化也是性能的關鍵，我們將探討如何減少內存碎片，提高緩存命中率。 本書還會涉及多綫程（Multithreading）和並行計算在遊戲引擎中的應用，例如將物理計算、AI 計算、資源加載等任務分配到不同的綫程，以提高 CPU 利用率，從而實現更流暢的遊戲體驗。 第四部分：擴展性與工具鏈 一個健壯的遊戲引擎不僅要擁有強大的核心功能，還需要具備良好的擴展性和易用性。本書的最後部分將探討引擎的可擴展性設計，包括如何通過插件係統（Plugin System）、腳本接口（Scripting Interface, Lua, Python, C）來方便地擴展引擎功能，以及如何為遊戲開發者提供易用的編輯器和工具鏈。 我們將討論如何設計和實現一套高效的關卡編輯器、材質編輯器、動畫編輯器等，以及它們如何與引擎核心無縫集成。版本控製（Version Control）、持續集成（Continuous Integration）和調試工具（Debugging Tools）也是現代遊戲開發流程中不可或缺的環節，我們將對其進行必要的介紹。 總結 《深入解析現代遊戲引擎設計：從底層原理到高級實踐》是一本麵嚮渴望深入理解遊戲引擎內部工作機製的開發者的技術專著。它將帶領讀者穿越復雜的技術迷宮，從最基礎的數學和圖形學原理，到精密的架構設計，再到前沿的高級特性和性能優化，構建起一個完整的遊戲引擎知識體係。本書的目標是賦能讀者，讓他們不僅能夠熟練使用現有引擎，更能擁有獨立設計、開發和優化未來遊戲引擎的能力，真正站在遊戲技術的最前沿。本書適閤具備一定編程基礎，對計算機圖形學、遊戲開發充滿熱情，並希望在引擎開發領域有所建樹的開發者、學生和技術愛好者閱讀。

評分☆☆☆☆☆

在我過去接觸的技術文檔中，中文技術書籍在對前沿技術和工業界最佳實踐的同步性上，往往不如英文原著。因此，對於一本麵嚮“架構”的中文書籍，我保持著一種謹慎的樂觀。我希望作者不僅停留在經典計算機圖形學和遊戲設計理論，更能融入近年來如Vulkan/DirectX 12等現代圖形API的設計思想，以及現代CPU多綫程並行處理在遊戲邏輯和物理模擬中的應用。構建一個現代3D引擎，絕不是重蹈覆轍，而是要在現有硬件架構的約束下，進行創新性的設計。如果這本書的內容能夠緊密貼閤當前主流的開發環境和工具鏈，而不是一套脫離實際的“理想化”模型，那麼它就具備瞭成為一本實用參考書的潛力，能夠幫助我們這些開發者站在巨人的肩膀上，而不是重復造輪子。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計簡直太吸引人瞭，那種深邃的藍綠色調，加上未來感的字體排版，一下子就抓住瞭我的眼球。我一直對遊戲開發領域充滿好奇，尤其是底層架構的部分，總覺得那是驅動整個虛擬世界的“心髒”。市麵上很多教程往往停留在高層應用API的調用上，講得熱鬧，但追根究底，你還是不清楚數據是如何在內存中流轉，渲染管綫是如何一步步構建起我們看到的絢麗畫麵的。這本書的標題雖然直白，但透露齣一種務實和深入的信號，讓人感覺這不是空談理論，而是真刀真槍地教你“擼起袖子加油乾”。我特彆期待它在基礎數學、數據結構在引擎設計中的應用上能有獨到的見解，畢竟，沒有紮實的理論地基，再華麗的引擎代碼也容易變成空中樓閣。希望作者能像一個經驗豐富的老工匠一樣，耐心地帶我們走過那些枯燥卻至關重要的底層細節，真正做到“手把手”。從目前的預感來看，這本書很可能成為我書架上那本被翻爛的“武功秘籍”。

評分☆☆☆☆☆

我對技術學習的方式更偏嚮於實踐驅動。很多教材會用晦澀的術語堆砌概念，讓人讀完後感覺雲裏霧裏，實踐起來卻無從下手。我更期待的是一種“邊做邊學”的體驗。這本書如果能提供清晰的項目結構，並在講解完一個模塊後，立即對應到代碼實現上，幫助讀者親手編譯並運行起一部分功能，那無疑會大大增強學習的成就感和粘性。尤其是在圖形學部分，光照模型、陰影投射、後處理特效這些最直觀的部分，如果能用清晰的流程圖配閤代碼注釋來講解，我學習起來會輕鬆很多。畢竟，自己親手搭建的渲染流水綫，哪怕是最簡單的模型，其帶來的理解深度，也是看再多理論公式也無法替代的。這種動手能力和對底層機製的直觀感知，纔是學習架構的真諦所在。

評分☆☆☆☆☆

說實話，我對技術書籍的評價通常都很挑剔，因為很多號稱“架構”的書，讀完後發現無非是某個開源框架的API手冊拆解版，缺乏對設計哲學和權衡取捨的深入探討。這本書的定價和篇幅，讓我相信它承擔瞭更大的野心——構建一個從零開始、具有完整功能體係的引擎框架。我最看重的部分是其對性能優化策略的講解，畢竟在實時渲染的世界裏，毫秒級的延遲都可能決定用戶體驗的成敗。一個優秀的引擎架構師，必須是藝術傢與工程師的完美結閤，既要懂得如何優雅地組織代碼，更要明白如何在CPU和GPU的限製下榨取每一份性能。我希望能看到作者如何處理跨平颱兼容性問題，如何在內存管理和資源加載策略上做齣那些艱難卻正確的決定。如果書中能清晰地闡述不同設計模式（比如組件實體係統ECS與傳統麵嚮對象OOP）在引擎上下文中的適用性對比，那這本書的價值就遠超一般教程瞭。

評分☆☆☆☆☆

從一個有著一定開發背景的讀者的角度來看，我對這本書的期望，更多是關於“思維模型”的建立。架構設計本質上是一種高階的抽象能力和係統化思考。我渴望看到作者在講解每一個模塊（比如輸入係統、物理引擎、資源管理器）時，不僅僅是展示“如何做”，更重要的是闡述“為什麼這麼做”。是什麼樣的工程約束和業務需求，迫使作者選擇瞭A方案而不是B方案？這種“設計決策背後的故事”纔是真正提升內功的關鍵。如果這本書能夠像一位資深的首席架構師在做Code Review一樣，對我展示不同設計思路的優劣權衡，引導我建立起一套嚴謹、健壯、可擴展的工程化思維，那麼這本書的價值將是無可估量的，它會改變我未來在任何復雜軟件項目中思考問題的方式。