3D游戏编程大师技巧

第一部分 3D游戏编程简介

第1章 3D游戏编程入门

1.1 简介

1.2 2D/3D游戏的元素

1.2.1 初始化

1.2.2 进入游戏循环

1.2.3 读取玩家输入

1.2.4 执行AI和游戏逻辑

1.2.5 渲染下一帧

1.2.6 同步显示

1.2.7 循环

1.2.8 关闭

1.3 通用游戏编程指南

1.4 使用工具

1.4.1 3D关卡编辑器

1.4.2 使用编译器

1.5 一个3D游戏范例：Raiders 3D

1.5.1 事件循环

1.5.2 核心3D游戏逻辑

1.5.3 3D投影

1.5.4 星空

1.5.5 激光炮和碰撞检测

1.5.6 爆炸

1.5.7 玩Raiders3D

1.6 总结

第2章 Windows和DirectX简明教程

2.1 Win32编程模型

2.2 Windows程序的最小需求

2.3 一个基本的Windows应用程序

2.3.1 Windows类

2.3.2 注册Windows类

2.3.3 创建窗口

2.3.4 事件处理程序

2.3.5 主事件循环

2.3.6 构建实时事件循环

2.4 DirectX和COM简明教程

2.4.1 HEL和HAL

2.4.2 DirectX基本类

2.5 COM简介

2.5.1 什么是COM对象

2.5.2 创建和使用DirectX COM接口

2.5.3 查询接口

2.6 总结

第3章 使用虚拟计算机进行3D游戏编程

3.1 虚拟计算机接口简介

3.2 建立虚拟计算机接口

3.2.1 帧缓存和视频系统

3.2.2 使用颜色

3.2.3 缓存交换

3.2.4 完整的虚拟图形系统

3.2.5 I/O、声音和音乐

3.3 T3DLIB游戏控制台

3.3.1 T3DLIB系统概述

3.3.2 基本游戏控制台

3.4 T3DLIB1库

3.4.1 DirectX图形引擎体系结构

3.4.2 基本常量

3.4.3 工作宏

3.4.4 数据类型和结构

3.4.5 函数原型

3.4.6 全局变量

3.4.7 DirectDraw接口

3.4.8 2D多边形函数

3.4.9 数学函数和错误函数

3.4.10 位图函数

3.4.11 8位调色板函数

3.4.12 实用函数

3.4.13 BOB（Blitter对象）引擎

3.5 T3DLIB2 DirectX输入系统

3.6 T3DLIB3声音和音乐库

3.6.1 头文件

3.6.2 类型

3.6.3 全局变量

3.6.4 DirectSound API封装函数

3.6.5 DirectMusic API封装函数

3.7 建立最终的T3D游戏控制台

3.7.1 映射真实图形到虚拟接口的非真实图形

3.7.2 最终的T3DLIB游戏控制台

3.8 范例T3LIB应用程序

3.8.1 窗口应用程序

3.8.2 全屏应用程序

3.8.3 声音和音乐

3.8.4 处理输入

3.9 总结

第二部分 3D数学和变换

第4章 三角学、向量、矩阵和四元数

4.1 数学表示法

4.2 2D坐标系

4.2.1 2D笛卡尔坐标

4.2.2 2D极坐标

4.3 3D坐标系

4.3.1 3D笛卡尔坐标

4.3.2 3D柱面坐标

4.3.3 3D球面坐标

4.4 三角学

4.4.1 直角三角形

4.4.2 反三角函数

4.4.3 三角恒等式

4.5 向量

4.5.1 向量长度

4.5.2 归一化

4.5.3 向量和标量的乘法

4.5.4 向量加法

4.5.5 向量减法

4.5.6 点积

4.5.7 叉积

4.5.8 零向量

4.5.9 位置和位移向量

4.5.10 用线性组合表示的向量

4.6 矩阵和线性代数

4.6.1 单位矩阵

4.6.2 矩阵加法

4.6.3 矩阵的转置

4.6.4 矩阵乘法

4.6.5 矩阵运算满足的定律

4.7 逆矩阵和方程组求解

4.7.1 克来姆法则

4.7.2 使用矩阵进行变换

4.7.3 齐次坐标

4.7.4 应用矩阵变换

4.8 基本几何实体

4.8.1 点

4.8.2 直线

4.8.3 平面

4.9 使用参数化方程

4.9.1 2D参数化直线

4.9.2 3D参数化直线

4.10 四元数简介

4.10.1 复数理论

4.10.2 超复数

4.10.3 四元数的应用

4.11 总结

第5章 建立数学引擎

5.1 数学引擎概述

5.1.1 数学引擎的文件结构

5.1.2 命名规则

5.1.3 错误处理

5.1.4 关于C++的最后说明

5.2 数据结构和类型

5.2.1 向量和点

5.2.2 参数化直线

5.2.3 3D平面

5.2.4 矩阵

5.2.5 四元数

5.2.6 角坐标系支持

5.2.7 2D极坐标

5.2.8 3D柱面坐标

5.2.9 3D球面坐标

5.2.10 定点数

5.3 数学常量

5.4 宏和内联函数

5.4.1 通用宏

5.4.2 点和向量宏

5.4.3 矩阵宏

5.4.4 四元数

5.4.5 定点数宏

5.5 函数原型

5.6 全局变量

5.7 数学引擎API清单

5.7.1 三角函数

5.7.2 坐标系支持函数

5.7.3 向量支持函数

5.7.4 矩阵支持函数

5.7.5 2D和3D参数化直线支持函数

5.7.6 3D平面支持函数

5.7.7 四元数支持函数

5.7.8 定点数支持函数

5.7.9 方程求解支持函数

5.8 浮点单元运算初步

5.8.1 FPU体系结构

5.8.2 FPU堆栈

5.8.3 FPU指令集

5.8.4 经典指令格式

5.8.5 内存指令格式

5.8.6 寄存器指令格式

5.8.7 寄存器弹出指令格式

5.8.8 FPU范例

5.8.9 FLD范例

5.8.10 FST范例

5.8.11 FADD范例

5.8.12 FSUB范例

5.8.13 FMUL范例

5.8.14 FDIV范例

5.9 数学引擎使用说明游戏控制台

5.10 关于数学优化的说明

5.11 总结

第6章 3D图形学简介

6.1 3D引擎原理

6.2 3D游戏引擎的结构

6.2.1 3D引擎

6.2.2 游戏引擎

6.2.3 输入系统和网络

6.2.4 动画系统

6.2.5 碰撞检测和导航系统

6.2.6 物理引擎

6.2.7 人工智能系统

6.2.8 3D模型和图像数据库

6.3 3D坐标系

6.3.1 模型（局部）坐标

6.3.2 世界坐标

6.3.3 相机坐标

6.3.4 有关相机坐标的说明

6.3.5 隐藏物体（面）消除和裁剪

6.3.6 透视坐标

6.3.7 流水线终点：屏幕坐标

6.4 基本的3D数据结构

6.4.1 表示3D多边形数据时需要考虑的问题

6.4.2 定义多边形

6.4.3 定义物体

6.4.4 表示世界

6.5 3D工具

动画数据和运动数据

6.6 从外部加载数据

6.6.1 PLG文件

6.6.2 NFF文件

6.6.3 3D Studio文件

6.6.4 Caligari COB文件

6.6.5 Microsoft DirectX .X文件

6.6.6 3D文件格式小结

6.7 基本刚性变换和动画

6.7.1 3D平移

6.7.2 3D旋转

6.7.3 3D变形

6.8 再看观察流水线

6.9 3D引擎类型

6.9.1 太空引擎

6.9.2 地形引擎

6.9.3 FPS室内引擎

6.9.4 光线投射和体素引擎

6.9.5 混合引擎

6.10 将各种功能集成到引擎中

6.11 总结

第7章 渲染3D线框世界

7.1 线框引擎的总体体系结构

7.1.1 数据结构和3D流水线

7.1.2 主多边形列表

7.1.3 新的软件模块

7.2 编写3D文件加载器

7.3 构建3D流水线

7.3.1 通用变换函数

7.3.2 局部坐标到世界坐标变换

7.3.3 欧拉相机模型

7.3.4 UVN相机模型

7.3.5 世界坐标到相机坐标变换

7.3.6 物体剔除

7.3.7 背面消除

7.3.8 相机坐标到透视坐标变换

7.3.9 透视坐标到屏幕（视口）坐标变换

7.3.10 合并透视变换和屏幕变换

7.4 渲染3D世界

7.5 3D演示程序

7.5.1 单个3D三角形

7.5.2 3D线框立方体

7.5.3 消除了背面的3D线框立方体

7.5.4 3D坦克演示程序

7.5.5 相机移动的3D坦克演示程序

7.5.6 战区漫步演示程序

7.6 总结

第三部分 基本3D渲染

第8章 基本光照和实体造型

8.1 计算机图形学的基本光照模型

8.1.1 颜色模型和材质

8.1.2 光源类型

8.2 三角形的光照计算和光栅化

8.2.1 为光照做准备

8.2.2 定义材质

8.2.3 定义光源

8.3 真实世界中的着色

8.3.1 16位着色

8.3.2 8位着色

8.3.3 一个健壮的用于8位模式的RGB模型

8.3.4 一个简化的用于8位模式的强度模型

8.3.5 固定着色

8.3.6 恒定着色

8.3.7 Gouraud着色概述

8.3.8 Phong着色概述

8.4 深度排序和画家算法

8.5 使用新的模型格式

8.5.1 分析器类

8.5.2 辅助函数

8.5.3 3D Studio MAX ASCII格式.ASC

8.5.4 TrueSpace ASCII.COB格式

8.5.5 Quake II二进制.MD2格式概述

8.6 3D建模工具简介

8.7 总结

第9章 插值着色技术和仿射纹理映射

9.1 新T3D引擎的特性

9.2 更新T3D数据结构和设计

9.2.1 新的#defines

9.2.2 新增的数学结构

9.2.3 实用宏

9.2.4 添加表示3D网格数据的特性

9.2.5 更新物体结构和渲染列表结构

9.2.6 函数清单和原型

9.3 重新编写物体加载函数

9.3.1 更新.PLG/PLX加载函数

9.3.2 更新3D Studio .ASC加载函数

9.3.3 更新Caligari .COB加载函数

9.4 回顾多边形的光栅化

9.4.1 三角形的光栅化

9.4.2 填充规则

9.4.3 裁剪

9.4.4 新的三角形渲染函数

9.4.5 优化

9.5 实现Gouraud着色处理

9.5.1 没有光照时的Gouraud着色

9.5.2 对使用Gouraud Shader的多边形执行光照计算

9.6 基本采样理论

9.6.1 一维空间中的采样

9.6.2 双线性插值

9.6.3 u和v的插值

9.6.4 实现仿射纹理映射

9.7 更新光照/光栅化引擎以支持纹理

9.8 对8位和16位模式下优化策略的最后思考

9.8.1 查找表

9.8.2 网格的顶点结合性

9.8.3 存储计算结果

9.8.4 SIMD

9.9 最后的演示程序

Raider 3D II

9.10 总结

第10章 3D裁剪

10.1 裁剪简介

10.1.1 物体空间裁剪

10.1.2 图像空间裁剪

10.2 裁剪算法

10.2.1 有关裁剪的基本知识

10.2.2 Cohen-Sutherland裁剪算法

10.2.3 Cyrus-Beck/梁友栋-Barsky裁剪算法

10.2.4 Weiler-Atherton裁剪算法

10.2.5 深入学习裁剪算法

10.3 实现视景体裁剪

10.3.1 几何流水线和数据结构

10.3.2 在引擎中加入裁剪功能

10.4 地形小议

10.4.1 地形生成函数

10.4.2 生成地形数据

10.4.3 沙地汽车演示程序

10.5 总结

第11章 深度缓存和可见性

11.1 深度缓存和可见性简介

11.2 z缓存基础

11.2.1 z缓存存在的问题

11.2.2 z缓存范例

11.2.3 平面方程法

11.2.4 z坐标插值

11.2.5 z缓存中的问题和1/Z缓存

11.2.6 一个通过插值计算z和1/z的例子

11.3 创建z缓存系统

11.4 可能的z缓存优化

11.4.1 使用更少的内存

11.4.2 降低清空z缓存的频率

11.4.3 混合z缓存

11.5 z缓存存在的问题

11.6 软件和z缓存演示程序

11.6.1 演示程序I：z缓存可视化

11.6.2 演示程序II：Wave Raider

11.7 总结

第四部分 高级3D渲染

第12章 高级纹理映射技术

12.1 纹理映射--第二波

12.2 新的光栅化函数

12.2.1 最终决定使用定点数

12.2.2 不使用z缓存的新光栅化函数

12.2.3 支持z缓存的新光栅化函数

12.3 使用Gouruad着色的纹理映射

12.4 透明度和alpha混合

12.4.1 使用查找表来进行alpha混合

12.4.2 在物体级支持alpha混合功能

12.4.3 在地形生成函数中加入alpha支持

12.5 透视修正纹理映射和1/z缓存

12.5.1 透视纹理映射的数学基础

12.5.2 在光栅化函数中加入1/z缓存功能

12.5.3 实现完美透视修正纹理映射

12.5.4 实现线性分段透视修正纹理映射

12.5.5 透视修正纹理映射的二次近似

12.5.6 使用混合方法优化纹理映射

12.6 双线性纹理滤波

12.7 mipmapping和三线性纹理滤波

12.7.1 傅立叶分析和走样简介

12.7.2 创建mip纹理链

12.7.3 选择mip纹理

12.7.4 三线性滤波

12.8 多次渲染和纹理映射

12.9 使用单个函数来完成渲染工作

12.9.1 新的渲染场境

12.9.2 设置渲染场境

12.9.3 调用对渲染场境进行渲染的函数

12.10 总结

第13章 空间划分和可见性算法

13.1 新的游戏引擎模块

13.2 空间划分和可见面判定简介

13.3 二元空间划分

13.3.1 平行于坐标轴的二元空间划分

13.3.2 任意平面空间划分

13.3.3 使用多边形所在的平面来划分空间

13.3.4 显示/访问BSP树中的每个节点

13.3.5 BSP树数据结构和支持函数

13.3.6 创建BSP树

13.3.7 分割策略

13.3.8 遍历和显示BSP树

13.3.9 将BSP树集成到图形流水线中

13.3.10 BSP关卡编辑器

13.3.11 BSP的局限性

13.3.12 使用BSP树的零重绘策略

13.3.13 将BSP树用于剔除

13.3.14 将BSP树用于碰撞检测

13.3.15 集成BSP树和标准渲染

13.4 潜在可见集

13.4.1 使用潜在可见集

13.4.2 潜在可见集的其他编码方法

13.4.3 流行的PVS计算方法

13.5 入口

13.6 包围体层次结构和八叉树

13.6.1 使用BHV树

13.6.2 运行性能

13.6.3 选择策略

13.6.4 实现BHV

13.6.5 八叉树

13.7 遮掩剔除

13.7.1 遮掩体

13.7.2 选择遮掩物

13.7.3 混合型遮掩物选择方法

13.8 总结

第14章 阴影和光照映射

14.1 新的游戏引擎模块

14.2 概述

14.3 简化的阴影物理学

14.4 使用透视图像和广告牌来模拟阴影

14.4.1 编写支持透明功能的光栅化函数

14.4.2 新的库模块

14.4.3 简单阴影

14.4.4 缩放阴影

14.4.5 跟踪光源

14.4.6 有关模拟阴影的最后思考

14.5 平面网格阴影映射

14.5.1 计算投影变换

14.5.2 优化平面阴影

14.6 光照映射和面缓存技术简介

14.6.1 面缓存技术

14.6.2 生成光照图

14.6.3 实现光照映射函数

14.6.4 暗映射（dark mapping）

14.6.5 光照图特效

14.6.6 优化光照映射代码

14.7 整理思路

14.8 总结

第五部分 高级动画、物理建模和优化

第15章 3D角色动画、运动和碰撞检测

15.1 新的游戏引擎模块

15.2 3D动画简介

15.3 Quake II .MD2文件格式

15.3.1 .MD2文件头

15.3.2 加载Quake II .MD2文件

15.3.3 使用.MD2文件实现动画

15.3.4 .MD2演示程序

15.4 不基于角色的简单动画

15.4.1 旋转运动和平移运动

15.4.2 复杂的参数化曲线移动

15.4.3 使用脚本来实现运动

15.5 3D碰撞检测

15.5.1 包围球和包围圆柱

15.5.2 使用数据结构来提高碰撞检测的速度

15.5.3 地形跟踪技术

15.6 总结

第16章 优化技术

16.1 优化技术简介

16.2 使用Microsoft Visual C++和Intel VTune剖析代码

16.2.1 使用Visual C++进行剖析

16.2.2 分析剖析数据

16.2.3 使用VTune进行优化

16.3 使用Intel C++编译器

16.3.1 下载Intel的优化编译器

16.3.2 使用Intel编译器

16.3.3 使用编译器选项

16.3.4 手工为源文件选择编译器

16.3.5 优化策略

16.4 SIMD编程初步

16.4.1 SIMD基本体系结构

16.4.2 使用SIMD

16.4.3 一个SIMD 3D向量类

16.5 通用优化技巧

16.5.1 技巧1：消除_ftol（）

16.5.2 技巧2：设置FPU控制字

16.5.3 技巧3：快速将浮点变量设置为零

16.5.4 技巧4：快速计算平方根

16.5.5 技巧5：分段线性反正切

16.5.6 技巧6：指针递增运算

16.5.7 技巧7：尽可能将if语句放在循环外面

16.5.8 技巧8：支化（branching）流水线

16.5.9 技巧9：数据对齐

16.5.10 技巧10：将所有简短函数都声明为内联的

16.5.11 参考文献

16.6 总结

第六部分 附录

附录A 光盘内容简介

附录B 安装DirectX和使用Visual C/C++

B.1 安装DirectX

B.2 使用Visual C/C++编译器

B.3 编译提示

附录C 三角学和向量参考

C.1 三角学

C.2 向量

C.2.1 向量长度

C.2.2 归一化

C.2.3 标量乘法

C.2.4 向量加法

C.2.5 向量减法

C.2.6 点积

C.2.7 叉积

C.2.8 零向量

C.2.9 位置向量

C.2.10 向量的线性组合

附录D C++入门

D.1 C++是什么

D.2 必须掌握的C++知识

D.3 新的类型、关键字和约定

D.3.1 注释符

D.3.2 常量

D.3.3 引用型变量

D.3.4 即时创建变量

D.4 内存管理

D.5 流式输入/输出

D.6 类

D.6.1 新结构

D.6.2 一个简单的类

D.6.3 公有和私有

D.6.4 类的成员函数（方法）

D.6.5 构造函数和析构函数

D.6.6 编写构造函数

D.6.7 编写析构函数

D.7 域运算符

在类外部定义成员函数

D.8 函数和运算符重载

D.9 基本模板

D.10 异常处理简介

异常处理的组成部分

D.11 总结

附录E 游戏编程资源

E.1 游戏编程和新闻网站

E.2 下载站点

E.3 2D/3D引擎

E.4 游戏编程书籍

E.5 微软公司的Direct X多媒体展示

E.6 新闻组

E.7 跟上行业的步伐

E.8 游戏开发杂志

E.9 Quake资料

E.10 免费模型和纹理

E.11 游戏网站开发者

附录F ASCII码表

《3D游戏编程大师技巧（套装上下册）》是游戏编程畅销书作者André LaMothe的扛鼎之作，从游戏编程和软件引擎的角度深入探讨了3D图形学的各个重要主题。全书共分5部分，包括16章的内容。第1～3章简要地介绍了Windows和DirectX编程，创建了一个Windows应用程序模板，让读者能够将精力放在游戏逻辑和图形实现中，而不用考虑Windows和DirectX方面的琐事；第4～5章简要地介绍了一些数学知识并实现了一个数学库，供以后编写演示程序时使用；第6章概述了3D图形学，让读者对之后即将介绍的内容有大致的了解；第7～11章分别介绍了光照、明暗处理、仿射纹理映射、3D裁剪和深度缓存等内容；第12～14章讨论了高级3D渲染技术，包括透视修正纹理映射、Alpha混合、1/z缓存、纹理滤波、空间划分和可见性算法、阴影、光照映射等；第15～16章讨论了动画、运动碰撞检测和优化技术。
　　《3D游戏编程大师技巧（套装上下册）》适合于有一定编程经验并想从事游戏编程工作或对3D图形学感兴趣的人员阅读。