Android 3D游戏开发技术详解与典型案例

第一篇 必知必会的基础知识

第1章 英雄还看今朝——Android简介 20

1.1 群雄割据的手机市场 20

1.1.1 手机市场的两颗新星 20

1.1.2 手机操作系统的5大元老 21

1.2 Android的未来及特点 22

1.2.1 得中国市场者得天下 22

1.2.2 全新的概念带来全新的体验 22

1.3 Android开发环境的搭建 22

1.3.1 SDK的安装及环境配置 22

1.3.2 Eclipse集成开发环境的搭建 23

1.3.3 模拟器的创建和运行 24

1.4 第一个Android应用程序的开发 25

1.4.1 第一个Android程序 26

1.4.2 Android应用程序的调试 27

1.5 Android应用程序运行的内部机制 29

1.5.1 Android应用程序的项目结构 30

1.5.2 Android 应用程序的系统架构 31

1.5.3 Android 应用程序框架 32

1.5.4 Android 运行时 32

1.5.5 系统库 33

1.5.6 Linux内核 34

1.6 本章小结 34

第2章 数风流人物——当前流行游戏类型简介 35

2.1 AVG冒险游戏 35

2.1.1 游戏玩法 35

2.1.2 视觉效果 35

2.1.3 游戏设计 36

2.2 PZL益智类游戏 36

2.2.1 游戏玩法 36

2.2.2 视觉效果 37

2.2.3 游戏设计 37

2.3 ACT动作游戏 38

2.3.1 历代游戏介绍 38

2.3.2 未来动作游戏的发展 39

2.4 RPG角色扮演类游戏 40

2.4.1 历代游戏介绍 40

2.4.2 Android平台游戏移植 42

2.5 STG射击类游戏 43

2.5.1 游戏的分类 43

2.5.2 游戏的玩法 44

2.5.3 游戏设计 44

2.6 FPS第一人称视角射击游戏 44

2.6.1 游戏玩法 44

2.6.2 视觉效果 45

2.6.3 游戏设计 45

2.7 SLG策略游戏 46

2.7.1 游戏的玩法 46

2.7.2 视觉效果 46

2.7.3 游戏设计 47

2.8 SPT体育类游戏 47

2.8.1 游戏的玩法 47

2.8.2 视觉效果 47

2.8.3 游戏设计 47

2.9 本章小结 48

第3章 不积跬步，无以至千里—游戏开发基础知识 49

3.1 游戏中的声音 49

3.1.1 迅雷不及掩耳的即时音效 49

3.1.2 一个即时音效的例子 50

3.1.3 背景音乐播放技术 53

3.1.4 简单音乐播放器实现 55

3.2 手机中的数据库——SQLite 59

3.2.1 SQLite数据库简介 59

3.2.2 SQLite数据库的基本操作 60

3.2.3 SQLite操作数据库的简单应用 60

3.3 文件I/O 64

3.3.1 轻松访问SD卡 64

3.3.2 访问手机中的存储文件夹 67

3.3.3 读取assets中的文件 68

3.4 存储简单数据的利器——Preferences 70

3.4.1 Preferences简介 70

3.4.2 Preferences实现显示上次登录时间 70

3.5 SURFACEView在游戏中的使用 72

3.5.1 SurfaceView简单操作 72

3.5.2 简单动画场景的绘制 73

3.6 本章小结 78

第4章 千里之行，始于足下—3D开发基础知识 79

4.1 OpenGL ES 简介 79

4.1.1 师出名门的OpenGL ES 79

4.1.2 三角形组成的世界 80

4.1.3 第一个OpenGL ES三角形 82

4.2 不同的绘制方式 87

4.2.1 点和线的绘制 87

4.2.2 索引法绘制三角形 93

4.2.3 顶点法绘制三角形 101

4.3 不一样的投影，不一样的世界 103

4.3.1 正交投影 103

4.3.2 透视投影 104

4.3.3 两种投影的比较 105

4.3.4 近大远小的原理 112

4.4 本章小结 114

第5章 愿君多采撷，此物最相思——光照效果的开发 115

5.1 五彩缤纷的源泉——光源 115

5.1.1 光源的开启及关闭 115

5.1.2 设定光源的数量 116

5.1.3 定向光 117

5.1.4 定位光 118

5.2 光源的颜色 119

5.2.1 环境光 119

5.2.2 散射光 120

5.2.3 镜面反射光 121

5.3 材料反光属性的法官——法向量及材质 121

5.3.1 法向量的作用 121

5.3.2 光照的开启及关闭例子 122

5.3.3 物体的材质 128

5.3.4 设定光源数量的例子 128

5.4 两个物体发光的例子 132

5.4.1 定位光例子的实现 132

5.4.2 自发光物体加运动光源的实现 135

5.4.3 MySurfaceView.java详解 137

5.5 面法向量与点平均法向量 143

5.5.1 面法向量的应用 143

5.5.2 点平均法向量的应用 145

5.6 本章小结 146

第6章 为伊消得人憔悴—纹理映射 147

6.1 3D世界的花衣——纹理贴图 147

6.1.1 指定纹理 147

6.1.2 分配纹理坐标 148

6.1.3 纹理贴图三角形的实现 149

6.1.4 纹理贴图球体的构建 153

6.2 使用纹理映射构建地月模型 161

6.2.1 浩瀚星空中的地月系 161

6.2.2 地月系的案例讲解 162

6.3 纹理拉伸 170

6.3.1 纹理拉伸的原理与用途 170

6.3.2 纹理拉伸案例讲解 172

6.4 纹理过滤 175

6.4.1 最近点采样 175

6.4.2 线性纹理过滤 176

6.4.3 mipmap：多重细节层 176

6.5 视角的合理设置 177

6.5.1 不同视角的3D世界 177

6.5.2 合理视角案例讲解 178

6.6 本章小结 180

第7章 海阔凭鱼跃，天高任鸟飞—3D基本形状的构建 181

7.1 圆柱体 181

7.1.1 圆柱体的几何方程 181

7.1.2 圆柱体的OpenGL ES实现 182

7.2 圆锥体 190

7.2.1 圆锥体的几何方程 190

7.2.2 圆锥体的OpenGL ES实现 190

7.3 圆环 193

7.3.1 圆环的几何方程 193

7.3.2 圆环的OpenGL ES实现 193

7.4 抛物面 196

7.4.1 抛物面的几何方程 196

7.4.2 抛物面的OpenGL ES实现 197

7.5 双曲面 199

7.5.1 双曲面的几何方程 199

7.5.2 双曲面的OpenGL ES实现 200

7.6 螺旋面 202

7.6.1 螺旋面的几何方程 202

7.6.2 螺旋面的OpenGL ES实现 203

7.7 本章小结 205

第8章 执子之手，与子偕老——坐标变换 206

8.1 理解坐标变换 206

8.1.1 坐标变换的实质 206

8.1.2 重要的堆栈操作 207

8.2 缩放变换 208

8.2.1 缩放变换原理分析 208

8.2.2 OpenGL ES中的缩放变换实现 208

8.3 平移变换 211

8.3.1 平移变换理论概览 211

8.3.2 OpenGL ES中的平移变换实现 212

8.4 旋转变换 213

8.4.1 旋转变换原理概述 213

8.4.2 OpenGL ES中的旋转变换实现 214

8.5 复合变换的简单案例——地月系模型 215

8.6 用复合变换模拟现实世界 216

8.7 本章小结 218

第9章 孤帆远影碧空尽—摄像机与雾特效 219

9.1 摄像机 219

9.1.1 摄像机的简介 219

9.1.2 摄像机的设置 220

9.2 雾特效 221

9.2.1 雾特效的相关知识 221

9.2.2 雾特效核心代码 222

9.3 摄像机与雾特效实现沙漠中的金字塔 222

9.3.1 场景部件——四面体和太阳东升西落 223

9.3.2 场景部件——星空类 226

9.3.3 场景的创建 229

9.3.4 摄像机Up方向变换效果 232

9.4 本章小结 233

第10章 假作真时真亦假——混合 234

10.1 什么是混合 234

10.2 源因子和目标因子 235

10.2.1 源因子和目标因子的默认实现方式 235

10.2.2 预定义常量分析 235

10.2.3 常用的组合方式 236

10.2.4 启用混合 237

10.3 混合案例 237

10.3.1 一个混合的简单案例 237

10.3.2 带光晕和云层效果的地月系模型 241

10.3.3 滤光器中的世界 245

10.4 本章小结 250

第11章 蓦然回首，那人却在灯火阑珊处—3D高级技术 251

11.1 标志板 251

11.1.1 标志板技术概述 251

11.1.2 标志板的案例 252

11.2 飘扬的旗帜 254

11.2.1 旗帜飘动效果原理 254

11.2.2 飘扬旗帜案例讲解 255

11.3 山地的生成技术 257

11.3.1 灰度图地形技术概述 257

11.3.2 灰度图生成3D地形 258

11.3.3 地形场景效果的提升 261

11.4 镜像技术 263

11.4.1 镜像技术的简介 264

11.4.2 镜像技术的实现 265

11.4.3 镜像技术的提升 267

11.5 本章小结 268

第12章 心有灵犀一点通——传感器 269

12.1 传感器简介 269

12.1.1 磁场传感器简介 269

12.1.2 光传感器简介 269

12.1.3 距离传感器简介 270

12.1.4 加速度传感器简介 270

12.1.5 姿态传感器简介 271

12.1.6 SensorSimulator模拟器的配置 273

12.2 传感器的数据传输 276

12.2.1 加速传感器的数据传输 276

12.2.2 姿态传感器的数据传输 278

12.3 传感器实例——平衡球 279

12.4 本章小结 287

第13章 千锤万凿出深山——游戏中的数学与物理 288

13.1 必知必会的几何知识 288

13.1.1 三维笛卡儿坐标系 288

13.1.2 向量 288

13.1.3 加减法 290

13.1.4 向量的点积 291

13.1.5 向量的叉积 291

13.1.6 空间平面的确定 292

13.2 不可或缺的物理世界 293

13.2.1 重力系统 293

13.2.2 碰撞 298

13.2.3 完全弹性碰撞 299

13.2.4 带有能量损失的弹性碰撞 302

13.2.5 粒子系统 303

13.3 本章小结 311

第14章 山舞银蛇，原驰蜡象—AI基本理念 312

14.1 AI简介 312

14.1.1 什么是智能 312

14.1.2 什么是游戏AI 312

14.2 AI引擎的基本组成与设计 313

14.2.1 智能体 313

14.2.2 处理机与感知 314

14.2.3 导航 314

14.3 游戏AI中图的搜索 315

14.3.1 深度优先搜索 315

14.3.2 广度优先搜索 321

14.3.3 Dijkstra搜索 325

14.3.4 广度优先A*算法的实现 329

14.3.5 Dijkstra A*算法的实现 332

14.3.6 A*与非A*算法之间的比较 334

14.4 模糊逻辑 336

14.4.1 普通集合 336

14.4.2 模糊集合 337

14.4.3 模糊语言变量 339

14.4.4 模糊规则 339

14.5 本章小结 340

第15章 独上高楼，望尽天涯路——开发小秘籍 341

15.1 地图设计器 341

15.1.1 不可或缺的地图设计器 341

15.1.2 简单的地图设计器 341

15.2 多键技术 347

15.2.1 增加游戏可玩度的多键技术 347

15.2.2 多键技术的实例演示 348

15.3 虚拟键盘 350

15.4 查找表技术 351

15.5 状态机 352

15.6 AABB边界框 354

15.6.1 AABB的表达方法 355

15.6.2 计算AABB 355

15.6.3 AABB与边界球的比较 356

15.6.4 球与球的碰撞 357

15.6.5 两个AABB的碰撞 358

15.6.6 球与AABB的碰撞 361

15.7 穿透效应 363

15.8 拾取技术 367

15.8.1 拾取技术的原理 367

15.8.2 拾取技术的实现 369

15.9 天空盒与天空穹 377

15.9.1 天空盒的介绍 377

15.9.2 天空穹的介绍 380

15.10 本章小结 382

第二篇 案 例 实 战

第16章 体育类游戏—《疯狂投篮》 384

16.1 游戏的背景及功能概述 384

16.1.1 背景概述 384

16.1.2 功能简介 384

16.2 游戏的策划及准备工作 388

16.2.1 游戏的策划 388

16.2.2 Android平台下游戏的准备工作 388

16.3 游戏的架构 389

16.3.1 游戏中用到的主要技术 389

16.3.2 各类的简要介绍 389

16.3.3 游戏的框架简介 391

16.4 游戏公共类的设计与实现 393

16.4.1 主类BasketballActivity的实现 393

16.4.2 游戏常量类的介绍 396

16.5 游戏菜单界面类的设计与实现 398

16.5.1 游戏开始菜单的框架设计 398

16.5.2 游戏开始菜单的实现 399

16.5.3 游戏帮助、关于、加载及结束界面的设计与实现 402

16.6 游戏界面的设计与实现 402

16.6.1 游戏界面的框架设计 402

16.6.2 游戏界面的实现 404

16.7 游戏界面中主要场景的绘制及篮球运动 407

16.7.1 游戏中墙壁、地板、球和篮板等的绘制 407

16.7.2 篮板的整体绘制 409

16.7.3 篮球的运动实现 410

16.8 游戏界面的碰撞检测及物体拾取 413

16.8.1 篮球与篮框的碰撞检测 413

16.8.2 篮球与墙壁、地板和屋顶的碰撞检测 416

16.8.3 手机屏幕拾取技术 418

16.9 游戏的优化与改进 419

第17章 益智类游戏—《旋转积木》 421

17.1 游戏的背景及功能概述 421

17.1.1 背景概述 421

17.1.2 功能简介 421

17.2 游戏的策划及准备工作 424

17.2.1 游戏的策划 424

17.2.2 Android平台下游戏的准备工作 424

17.3 游戏的架构 425

17.3.1 游戏中用到的主要技术 425

17.3.2 各类的简要介绍 425

17.3.3 游戏的框架简介 427

17.4 地图设计器的开发 428

17.5 游戏公共类的设计与实现 431

17.5.1 主类MainActivity的实现 431

17.5.2 游戏常量类的介绍 434

17.6 游戏菜单界面类的设计与实现 437

17.6.1 游戏开始菜单的框架设计 438

17.6.2 游戏开始菜单的实现 439

17.6.3 游戏帮助、关于、设置及胜利界面的设计与实现 441

17.7 游戏界面的设计与实现 442

17.7.1 游戏界面的框架设计 442

17.7.2 游戏触控方法的实现 443

17.7.3 游戏界面的实现 445

17.7.4 生成纹理ID的方法 448

17.8 游戏界面中主要场景的绘制 449

17.8.1 游戏中背景、移表板、图标的绘制 449

17.8.2 地图的绘制 450

17.8.3 积木的绘制 451

17.9 游戏界面的动画效果 453

17.9.1 积木转动的动画效果 453

17.9.2 游戏失败、获胜的动画效果 457

17.10 游戏界面的碰撞检测 458

17.11 游戏的优化与改进 460

第18章 休闲类游戏—《摩天大楼》 461

18.1 游戏的背景及功能概述 461

18.1.1 背景概述 461

18.1.2 功能简介 461

18.2 游戏的策划及准备工作 465

18.2.1 游戏的策划 465

18.2.2 Android平台下游戏的准备工作 465

18.3 游戏的架构 466

18.3.1 游戏中用到的主要技术 466

18.3.2 各类的简要介绍 467

18.3.3 游戏的框架简介 468

18.4 游戏公共类的设计与实现 469

18.4.1 主类GL_Demo的实现 469

18.4.2 游戏常量类的介绍 474

18.5 游戏菜单界面类的设计与实现 475

18.5.1 游戏开始菜单的框架设计 475

18.5.2 游戏开始菜单的实现 476

18.5.3 游戏帮助、关于、设置、加载及胜利界面的设计与实现 481

18.6 游戏界面的设计与实现 481

18.6.1 游戏界面的框架设计 481

18.6.2 游戏界面的实现 483

18.7 游戏界面中主要场景的绘制 487

18.7.1 游戏中背景、地板、建筑块的绘制 487

18.7.2 树的绘制 487

18.8 游戏界面的碰撞检测 488

18.9 游戏的优化与改进 492

第19章 动作类游戏—《3D空战》 493

19.1 游戏的背景及功能概述 493

19.1.1 背景概述 493

19.1.2 功能简介 494

19.2 游戏的策划及准备工作 496

19.2.1 游戏的策划 496

19.2.2 Android平台下游戏的准备工作 497

19.3 游戏的架构 498

19.3.1 游戏中用到的主要技术 498

19.3.2 各类的简要介绍 498

19.3.3 游戏的框架简介 500

19.4 游戏公共类的设计与实现 502

19.4.1 主类GL_Demo的实现 502

19.4.2 游戏常量类的介绍 503

19.5 游戏菜单界面类的设计与实现 504

19.5.1 游戏菜单的框架设计 504

19.5.2 游戏菜单的实现 506

19.5.3 游戏帮助、关于、设置、加载及胜利界面的设计与实现 509

19.6 游戏界面的设计与实现 509

19.6.1 游戏界面的框架设计 509

19.6.2 游戏界面的实现 511

19.7 游戏界面中飞机的绘制 513

19.8 游戏中的运动线程和碰撞检测 515

19.9 游戏的优化与改进 525

第20章 桌面类游戏—《激情台球》 527

20.1 游戏的背景及功能概述 527

20.1.1 背景概述 527

20.1.2 功能简介 527

20.2 游戏的策划及准备工作 531

20.2.1 游戏的策划 531

20.2.2 Android平台下游戏的准备工作 532

20.3 游戏的架构 533

20.3.1 游戏中用到的主要技术 533

20.3.2 各类的简要介绍 533

20.3.3 游戏的框架简介 535

20.4 网络端的开发 536

20.4.1 服务器的简要介绍 536

20.4.2 服务器的代码介绍 537

20.4.3 客户端线程的代码介绍 542

20.5 游戏公共类的设计与实现 545

20.5.1 主类MyActivity的实现 545

20.5.2 游戏常量类的介绍 549

20.6 游戏菜单界面类的设计与实现 551

20.6.1 游戏开始菜单的框架设计 552

20.6.2 游戏菜单的动画实现 555

20.6.3 游戏帮助、关于、设置及胜利等界面的设计与实现 556

20.7 游戏界面的设计与实现 557

20.7.1 游戏界面的框架设计 557

20.7.2 游戏中onKeyDown方法的实现 558

20.7.3 游戏界面的实现 560

20.8 游戏界面中主要场景的绘制 563

20.8.1 仪表板、地板的绘制 563

20.8.2 台球桌的绘制 564

20.8.3 球的绘制 566

20.9 游戏中的碰撞检测 567

20.9.1 球与球台边角碰撞检测的原理 567

20.9.2 球与球碰撞检测的原理 569

20.9.3 球与球台边角碰撞检测的实现 570

20.9.4 球与球碰撞检测的实现 574

20.9.5 球运动线程的实现 576

20.10 游戏的优化与改进 578

第21章 射击类游戏—《抢滩登陆》 579

21.1 游戏的背景及功能概述 579

21.1.1 背景概述 579

21.1.2 功能简介 579

21.2 游戏的策划及准备工作 583

21.2.1 游戏的策划 583

21.2.2 Android平台下游戏的准备工作 583

21.3 游戏的架构 584

21.3.1 游戏中用到的主要技术 584

21.3.2 各类的简要介绍 585

21.3.3 游戏的框架简介 588

21.4 游戏公共类的设计与实现 589

21.4.1 主类Activity的实现 590

21.4.2 游戏常量类的介绍 594

21.5 游戏菜单界面类的设计与实现 598

21.5.1 游戏菜单界面的框架设计 598

21.5.2 游戏菜单界面的实现 600

21.5.3 游戏帮助、关于及结束界面的设计与实现 604

21.6 游戏界面的设计与实现 605

21.6.1 游戏界面的框架设计 605

21.6.2 游戏界面的实现 607

21.7 游戏界面中主要场景的绘制及实物运动 613

21.7.1 游戏中的绘制 613

21.7.2 灯塔的整体绘制 614

21.7.3 物体的运动实现 616

21.8 游戏中的碰撞检测 621

21.9 游戏的优化与改进 625

第22章 竞技类游戏—《乡村飙车》 627

22.1 游戏的背景及功能概述 627

22.1.1 背景概述 627

22.1.2 功能简介 627

22.2 游戏的策划及准备工作 631

22.2.1 游戏的策划 631

22.2.2 Android平台下游戏的准备工作 632

22.3 游戏的框架介绍 634

22.3.1 游戏中用到的主要技术 634

22.3.2 各类的简单介绍 635

22.3.3 游戏的框架介绍 638

22.4 游戏公共类的设计与实现 640

22.4.1 主类Activity_GL_Racing的实现 640

22.4.2 游戏常量类的介绍 645

22.5 游戏菜单类的设计与实现 649

22.5.1 游戏主菜单的设计与实现 650

22.5.2 游戏加载界面的设计与实现 651

22.5.3 游戏历史界面的设计与实现 656

22.5.4 游戏帮助、设置、关于、选择等界面的设计与实现 658

22.6 游戏界面的设计与实现 659

22.6.1 游戏界面的框架设计 659

22.6.2 游戏界面的实现 661

22.6.3 传感器应用与多点触控技术 665

22.7 游戏界面中主要场景的绘制 666

22.7.1 游戏界面中场景的分层绘制及渲染优化 667

22.7.2 游戏界面中地图赛道的生成与绘制 669

22.7.3 场景部件的绘制 671

22.7.4 游戏中汽车的加载 673

22.7.5 游戏中树的绘制技术 677

22.7.6 场景中游戏辅助部件的绘制 679

22.8 游戏中的碰撞检测及行驶圈数判定 681

22.8.1 汽车与公路部件的碰撞检测 683

22.8.2 汽车行驶圈数判定 685

22.8.3 汽车与可碰撞部件的碰撞检测及其动画实现 686

22.9 游戏的优化与改进 688

本书主要以Android平台下3D游戏的开发为主题，并结合真实的案例向读者详细介绍了OpenGL ES的基础知识及3D游戏程序开发的整个流程。 全书分为两篇共22章，第一篇以简单易懂的实例为依托，详细介绍了OpenGL ES各方面的基础知识，第二篇则对7个真实案例的开发步骤进行了详细的介绍，逐步向读者讲解Android 3D游戏的真实开发过程，同时源代码中还包含了详细的注释，以尽量帮助读者掌握代码中的每一个细节，尽快掌握Android 3D游戏开发。 本书的讲述由浅入深，从Android平台下3D游戏开发应用的基础知识到开发大型游戏程序，结构清晰、语言简洁，非常适合初学者和进阶开发者阅读参考。