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第1章 三维游戏引擎技术简介1

1.1 三维游戏的基础架构1

1.1.1 硬件层2

1.1.2 基础层（驱动、操作系统及API）3

1.1.3 游戏引擎3

1.2 三维游戏引擎发展简史4

1.3 常用三维游戏引擎8

1.3.1 虚幻引擎UNREAL8

1.3.2 CryEngine引擎9

1.3.3 Unity3D引擎10

1.3.4 Ogre3D引擎11

1.3.5 寒霜引擎FrostbiteEngine12

1.3.6 idTech引擎13

小结14

习题114

参考文献15

第2章 三维数学基础16

2.1 坐标系16

2.2 向量及其运算17

2.3 矩阵、变换及其运算18

2.4 旋转22

2.4.1 四元数22

2.4.2 欧拉角23

2.4.3 旋转变换的不同表达形式之间的转换24

2.5 常用的立体几何算法25

2.5.1 常用几何体的表达与生成26

2.5.2 常用几何体之间的距离与求交27

2.5.3 常用几何体的属性计算28

小结30

习题230

参考文献30

第3章 三维游戏场景的表示和组织32

3.1 三维场景的表示32

3.1.1 三角网格模型33

3.1.2 三维对象参数表示35

3.1.3 三类常用参数曲面36

3.2 三维场景的组织和管理39

3.2.1 基于场景图的表达和管理40

3.2.2 基于绘制状态的场景管理44

3.2.3 基于景物包围体的场景组织45

3.2.4 优化场景绘制的几何剖分技术46

3.2.5 景物包围体与场景剖分技术比较49

3.3 三维场景的存储50

3.3.1 OBJ模型50

3.3.2 FBX50

3.3.3 COLLADA51

3.4 游戏场景的几何优化52

3.4.1 层次细节技术52

3.4.2 渐进网格和连续多分辨率绘制技术53

小结55

习题355

参考文献55

第4章 高级图形绘制技术57

4.1 高级纹理映射技术57

4.1.1 凹凸纹理映射57

4.1.2 位移映射61

4.1.3 环境映射62

4.1.4 基于光照映射的快速绘制64

4.1.5 高级纹理映射技术总结66

4.2 基于图像的绘制68

4.2.1 Billboard技术68

4.2.2 Impostor技术71

4.2.3 精灵图元绘制72

4.3 表面材质绘制73

4.3.1 基于物理的表面材质模型73

4.3.2 基于测量的表面材质模型76

4.3.3 表面材质模型的真实感绘制77

4.3.4 表面材质模型的快速绘制78

4.4 图像反走样82

小结84

习题484

参考文献85

第5章 三维特效图形绘制86

5.1 过程式建模和绘制技术86

5.1.1 粒子系统86

5.1.2 爆炸与火焰88

5.1.3 L-系统与植被的模拟89

5.1.4 云的过程式纹理生成91

5.2 阴影计算91

5.2.1 平面投影法92

5.2.2 阴影体93

5.2.3 阴影图98

5.2.4 软影生成99

5.2.5 Ambient Occlusion100

5.3 镜头特效模拟101

5.3.1 透镜光晕101

5.3.2 运动模糊和域深103

5.3.3 色调映射103

5.4 相互辉映计算与全局光照明106

5.4.1 预计算辐射传输方法107

5.4.2 基于屏幕空间的相互辉映计算方法109

小结110

习题5110

参考文献110

第6章 三维碰撞检测与动力学计算112

6.1 动力学基础112

6.2 质点动力学113

6.2.1 力方程114

6.2.2 动量与速度115

6.2.3 弹簧质点运动117

6.3 刚体动力学118

6.3.1 刚体旋转119

6.3.2 角速度、角动量、扭矩和旋转惯量119

6.3.3 力方程与积分121

6.4 碰撞检测121

6.4.1 碰撞检测的基本原理123

6.4.2 求交算法123

6.4.3 基于空间剖分结构的碰撞检测算法125

6.4.4 层次包围体树法129

6.4.5 基于图像空间的碰撞检测算法134

小结136

习题6136

参考文献136

第7章 角色动画基本编程技术138

7.1 三维角色动画概述138

7.2 关键帧动画技术139

7.2.1 关键帧的指定140

7.2.2 “蒙皮”模型的变形142

7.2.3 中间帧的插值技术143

7.3 基于动作捕捉的动画技术148

7.3.1 动作捕捉系统简介149

7.3.2 动作捕捉数据的文件格式及其解析151

7.3.3 动作捕捉数据的编辑和重用165

7.3.4 在游戏中的应用167

7.4 角色动画的压缩169

7.4.1 基于关键帧提取的压缩169

7.4.2 基于帧内容的压缩169

7.5 脚本驱动的动画技术170

7.5.1 脚本语言的设计及分类171

7.5.2 脚本语言在游戏中的应用173

小结174

习题7174

参考文献175

第8章 三维音效编程技术176

8.1 声音基础176

8.1.1 声音的表示和存储176

8.1.2 声音的合成178

8.2 三维音效生成178

8.2.1 听觉理论179

8.2.2 三维音效模拟179

8.3 基于OpenAL的三维音效实现181

8.3.1 OpanAL编程概述181

8.3.2 OpanAL的三维音效编程183

8.4 基于DirectXAudio的三维音效实现185

8.4.1 DirectXAudio概述185

8.4.2 DirectSound编程概述187

8.4.3 DirectMusic播放MIDI背景音乐192

8.4.4 DirectSound的三维音效编程193

8.5 XAudio2编程概述194

小结197

习题8197

参考文献198

第9章 三维交互编程技术199

9.1 三维交互开发平台199

9.2 任天堂Wiimote应用开发201

9.2.1 Wiimote编程接口API说明202

9.2.2 基于 Wiimote获取运动传感数据的示例代码204

9.3 移动平台应用开发205

9.3.1 Unity编程接口API说明206

9.3.2 Unity使用加速度传感器的示例代码206

9.4 微软Kinect应用开发207

9.4.1 Kinect SDK编程接口API说明209

9.4.2 Kinect获取彩色图像和骨架数据的示例代码212

9.5 Leap Motion应用开发214

9.5.1 LeapMotion编程接口API说明216

9.5.2 LeapMotion获取体感数据的示例代码218

小结220

习题9220

参考文献220

第10章 AI编程进阶221

10.1 游戏AI简介221

10.2 常见的游戏AI技术223

10.2.1 有限状态机223

10.2.2 基于脚本语言的行为建模225

10.2.3 模糊逻辑225

10.2.4 多智能体技术与人工生命226

10.2.5 决策树227

10.2.6 人工神经元网络228

10.2.7 遗传算法229

10.2.8 群体行为的模拟230

10.3 跟踪与追逐行为的模拟232

10.4 有限状态机和模糊有限状态机的实现236

10.4.1 有限状态机的实现236

10.4.2 模糊有限状态机的实现244

10.5 A＊算法和路径寻找技术249

10.5.1 搜索技术及A＊算法249

10.5.2 路径寻找技术258

10.6 游戏AI的设计和实现原则262

10.7 展望266

小结268

习题10269

参考文献269

第11章 网络游戏编程技术270

11.1 网络游戏的基本架构270

11.2 Winsock编程基础272

11.2.1 TCP/UDP简介272

11.2.2 Socket和Winsocket简介273

11.2.3 Winsock编程结构274

11.2.4 Winsock地址处理275

11.2.5 Winsock函数介绍276

11.2.6 Winsock综合示例281

11.3 网络游戏通信协议284

11.4 网络游戏多线程编程285

11.5 小型网络游戏设计与实现286

11.6 大型多人网络游戏设计策略288

11.7 网络传输的优化291

小结293

习题11293

参考文献293

第12章 虚拟现实／增强现实游戏开发294

12.1 虚拟现实与增强现实概述294

12.1.1 虚拟现实294

12.1.2 增强现实297

12.2 深度感知与三维显示298

12.2.1 深度感知298

12.2.2 基于立体眼镜的三维显示300

12.3 VR游戏开发301

12.3.1 视角控制302

12.3.2 三维自然交互303

12.3.3 性能优化307

12.4 AR游戏开发311

12.4.1 AR游戏中的三维注册与实时交互311

12.4.2 代表性AR游戏313

小结316

习题12316

参考文献317

附录A 三维图形绘制基础318

A.1 坐标系概述318

A.2 颜色空间与模型319

A.3 图形绘制流程323

A.3.1 固定流水线324

A.3.2 定制流水线与Shaders325

A.4 照相机模型与投影矩阵326

A.4.1 照相机模型326

A.4.2 投影矩阵327

A.5 顶点与几何变换329

A.6 像素计算330

A.6.1 像素颜色计算330

A.6.2 片段剔除332

A.6.3 反走样332

A.7 光照明计算333

A.8 纹理映射339

A.9 推迟渲染344

A.10 绘制编程接口346

参考文献348