計算機游戲程序設計（提高篇）（第3版）簡(jiǎn)介，目錄書(shū)摘

本書(shū)為“十二五”普通高等教育本科國家級規劃教材。 本書(shū)著(zhù)重介紹計算機游戲程序設計所需的專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域知識，包括二維圖形圖像技術(shù)、三維圖形學(xué)基礎、高級圖形學(xué)編程、計算機動(dòng)畫(huà)技術(shù)、人工智能技術(shù)、音頻處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)、VR/AR游戲開(kāi)發(fā)等，基本涵蓋了計算機游戲編程的各個(gè)主要方面。全書(shū)共12章，取材于國內外的*新資料，強調理論與實(shí)踐相結合，通過(guò)游戲實(shí)例來(lái)啟發(fā)性地說(shuō)明游戲編程的各種原理和方法。 本書(shū)教學(xué)資源包括三部分內容：示例代碼、集成示例和繪制引擎（讀者可以通過(guò)掃描二維碼進(jìn)行下載）。 本書(shū)面向的讀者對象是那些已掌握基本的程序設計技能，但立志于從事計算機游戲軟件開(kāi)發(fā)的程序員和游戲開(kāi)發(fā)愛(ài)好者。本書(shū)既可作為計算機、數字媒體技術(shù)和游戲專(zhuān)業(yè)的本科生（研究生）的教材，也可用于游戲學(xué)院和各類(lèi)游戲編程人員培訓班的參考資料，對正在從事游戲開(kāi)發(fā)和制作的相關(guān)人員也具有重要參考價(jià)值。

耿衛東，男，浙江大學(xué)計算機學(xué)院教授，計算機應用技術(shù)與數字化藝術(shù)博士生導師。ACM SIGGRAPH會(huì )員，中國圖像圖形學(xué)會(huì )計算機動(dòng)畫(huà)與數字娛樂(lè )專(zhuān)業(yè)委員會(huì )委員，數碼藝術(shù)專(zhuān)業(yè)委員會(huì )委員，中國動(dòng)畫(huà)學(xué)會(huì )會(huì )員，杭州國家動(dòng)漫基地特聘專(zhuān)家。

目  錄
第1章  三維游戲引擎技術(shù)簡(jiǎn)介 1
1．1  三維游戲的基礎架構 1
1．1．1  硬件層 2
1．1．2  基礎層（驅動(dòng)、操作系統及API） 3
1．1．3  游戲引擎 3
1．2  三維游戲引擎發(fā)展簡(jiǎn)史 4
1．3  常用三維游戲引擎 10
1．3．1  虛幻引擎UNREAL 10
1．3．2  CryEngine引擎 11
1．3．3  Unity3D引擎 10
1．3．4  Ogre3D引擎 11
1．3．5  寒霜引擎Frostbite Engine 12
1．3．6  id Tech引擎 13
小結 14
習題1 14
參考文獻 15
第2章  三維數學(xué)基礎 16
2．1  坐標系 16
2．2  向量及其運算 17
2．3  矩陣、變換及其運算 18
2．4  旋轉 22
2．4．1  四元數 22
2．4．2  歐拉角 23
2．4．3  旋轉變換的不同表達形式之間的轉換 24
2．5  常用的立體幾何算法 25
2．5．1  常用幾何體的表達與生成 26
2．5．2  常用幾何體之間的距離與求交 27
2．5．3  常用幾何體的屬性計算 28
小結 30
習題2 30
參考文獻 30
第3章  三維游戲場(chǎng)景的表示和組織 32
3．1  三維場(chǎng)景的表示 32
3．1．1  三角網(wǎng)格模型 33
3．1．2  三維對象參數表示 35
3．1．3  三類(lèi)常用參數曲面 36
3．2  三維場(chǎng)景的組織和管理 39
3．2．1  基于場(chǎng)景圖的表達和管理 40
3．2．2  基于繪制狀態(tài)的場(chǎng)景管理 44
3．2．3  基于景物包圍體的場(chǎng)景組織 45
3．2．4  優(yōu)化場(chǎng)景繪制的幾何剖分技術(shù) 46
3．2．5  景物包圍體與場(chǎng)景剖分技術(shù)比較 48
3．3  三維場(chǎng)景的存儲 50
3．3．1  OBJ模型 50
3．3．2  FBX 50
3．3．3  COLLADA 51
3．4  游戲場(chǎng)景的幾何優(yōu)化 52
3．4．1  層次細節技術(shù) 52
3．4．2  漸進(jìn)網(wǎng)格和連續多分辨率繪制技術(shù) 53
小結 55
習題3 55
參考文獻 55
第4章  高級圖形繪制技術(shù) 57
4．1  高級紋理映射技術(shù) 57
4．1．1  凹凸紋理映射 57
4．1．2  位移映射 61
4．1．3 環(huán)境映射 62
4．1．4 基于光照映射的快速繪制 64
4．1．5  高級紋理映射技術(shù)總結 67
4．2  基于圖像的繪制 68
4．2．1  Billboard技術(shù) 68
4．2．2  Impostor技術(shù) 71
4．2．3  精靈圖元繪制 73
4．3  表面材質(zhì)繪制 74
4．3．1  基于物理的表面材質(zhì)模型 75
4．3．2  基于測量的表面材質(zhì)模型 77
4．3．3  表面材質(zhì)模型的真實(shí)感繪制 77
4．3．4  表面材質(zhì)模型的快速繪制 79
4．4  圖像反走樣 83
小結 85
習題4 85
參考文獻 86
第5章  三維特效圖形繪制 87
5．1  過(guò)程式建模和繪制技術(shù) 87
5．1．1  粒子系統 87
5．1．2  爆炸與火焰 89
5．1．3  L-系統與植被的模擬 90
5．1．4  云的過(guò)程式紋理生成 92
5．2  陰影計算 92
5．2．1  平面投影法 93
5．2．2  陰影體 94
5．2．3  陰影圖 99
5．2．4  軟影生成 100
5．2．5  Ambient Occlusion 101
5．3  鏡頭特效模擬 102
5．3．1  透鏡光暈 102
5．3．2  運動(dòng)模糊和域深 104
5．3．3  色調映射 104
5．4  相互輝映計算與全局光照明 107
5．4．1  預計算輻射傳輸方法 108
5．4．2  基于屏幕空間的相互輝映計算方法 110
小結 111
習題5 111
參考文獻 111
第6章  三維碰撞檢測與動(dòng)力學(xué)計算 113
6．1  動(dòng)力學(xué)基礎 113
6．2  質(zhì)點(diǎn)動(dòng)力學(xué) 114
6．2．1  力方程 115
6．2．2  動(dòng)量與速度 116
6．2．3  彈簧質(zhì)點(diǎn)運動(dòng) 118
6．3  剛體動(dòng)力學(xué) 119
6．3．1  剛體旋轉 120
6．3．2  角速度、角動(dòng)量、扭矩和旋轉慣量 120
6．3．3  力方程與積分 122
6．4  碰撞檢測 122
6．4．1  碰撞檢測的基本原理 124
6．4．2  求交算法 124
6．4．3  基于空間剖分結構的碰撞檢測算法 126
6．4．4  層次包圍體樹(shù)法 130
6．4．5  基于圖像空間的碰撞檢測算法 135
小結 137
習題6 137
參考文獻 137
第7章  角色動(dòng)畫(huà)基本編程技術(shù) 139
7．1  三維角色動(dòng)畫(huà)概述 139
7．2  關(guān)鍵幀動(dòng)畫(huà)技術(shù) 140
7．2．1  關(guān)鍵幀的指定 141
7．2．2  “蒙皮”模型的變形 143
7．2．3  中間幀的插值技術(shù) 144
7．3  基于動(dòng)作捕捉的動(dòng)畫(huà)技術(shù) 149
7．3．1  動(dòng)作捕捉系統簡(jiǎn)介 150
7．3．2  動(dòng)作捕捉數據的文件格式及其解析 152
7．3．3  動(dòng)作捕捉數據的編輯和重用 166
7．3．4  在游戲中的應用 168
7．4  角色動(dòng)畫(huà)的壓縮 170
7．4．1  基于關(guān)鍵幀提取的壓縮 170
7．4．2  基于幀內容的壓縮 170
7．5  腳本驅動(dòng)的動(dòng)畫(huà)技術(shù) 171
7．5．1  腳本語(yǔ)言的設計及分類(lèi) 172
7．5．2  腳本語(yǔ)言在游戲中的應用 174
小結 175
習題7 175
參考文獻 176
第8章  三維音效編程技術(shù) 177
8．1  聲音基礎 177
8．1．1  聲音的表示和存儲 177
8．1．2  聲音的合成 179
8．2  三維音效生成 179
8．2．1  聽(tīng)覺(jué)理論 180
8．2．2  三維音效模擬 180
8．3  基于OpenAL的三維音效實(shí)現 182
8．3．1  OpanAL編程概述 182
8．3．2  OpanAL的三維音效編程 184
8．4  基于DirectX Audio的三維音效實(shí)現 186
8．4．1  DirectX Audio概述 186
8．4．2  DirectSound編程概述 187
8．4．3  DirectMusic播放MIDI背景音樂(lè ) 193
8．4．4  DirectSound的三維音效編程 193
8．5  XAudio2編程概述 194
小結 197
習題8 197
參考文獻 198
第9章  三維交互編程技術(shù) 199
9．1  三維交互開(kāi)發(fā)平臺 199
9．2  任天堂Wiimote應用開(kāi)發(fā) 201
9．2．1  Wiimote編程接口A(yíng)PI說(shuō)明 202
9．2．2  基于Wiimote獲取運動(dòng)傳感數據的示例代碼 204
9．3  移動(dòng)平臺應用開(kāi)發(fā) 205
9．3．1  Unity編程接口A(yíng)PI說(shuō)明 206
9．3．2  Unity使用加速度傳感器的示例代碼 206
9．4  微軟Kinect應用開(kāi)發(fā) 207
9．4．1  Kinect SDK編程接口A(yíng)PI說(shuō)明 209
9．4．2  Kinect獲取彩色圖像和骨架數據的示例代碼 212
9．5  Leap Motion應用開(kāi)發(fā) 214
9．5．1  Leap Motion編程接口A(yíng)PI說(shuō)明 216
9．5．2  Leap Motion獲取體感數據的示例代碼 218
小結 220
習題9 220
參考文獻 220
第10章  AI編程進(jìn)階 221
10．1  游戲AI簡(jiǎn)介 221
10．2  常見(jiàn)的游戲AI技術(shù) 223
10．2．1  有限狀態(tài)機 223
10．2．2  基于腳本語(yǔ)言的行為建模 225
10．2．3  模糊邏輯 225
10．2．4  多智能體技術(shù)與人工生命 226
10．2．5  決策樹(shù) 227
10．2．6  人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò ) 228
10．2．7  遺傳算法 229
10．2．8  群體行為的模擬 230
10．3  跟蹤與追逐行為的模擬 232
10．4  有限狀態(tài)機和模糊有限狀態(tài)機的實(shí)現 236
10．4．1  有限狀態(tài)機的實(shí)現 236
10．4．2  模糊有限狀態(tài)機的實(shí)現 244
10．5  A*算法和路徑尋找技術(shù) 249
10．5．1  搜索技術(shù)及A*算法 249
10．5．2  路徑尋找技術(shù) 258
10．6  游戲AI的設計和實(shí)現原則 262
10．7  展望 266
小結 268
習題10 269
參考文獻 269
第11章  網(wǎng)絡(luò )游戲編程技術(shù) 270
11．1  網(wǎng)絡(luò )游戲的基本架構 270
11．2  Winsock編程基礎 272
11．2．1  TCP/UDP簡(jiǎn)介 272
11．2．2  Socket和Winsocket簡(jiǎn)介 273
11．2．3  Winsock編程結構 274
11．2．4  Winsock地址處理 275
11．2．5  Winsock函數介紹 276
11．2．6  Winsock綜合示例 281
11．3  網(wǎng)絡(luò )游戲通信協(xié)議 284
11．4  網(wǎng)絡(luò )游戲多線(xiàn)程編程 285
11．5  小型網(wǎng)絡(luò )游戲設計與實(shí)現 286
11．6  大型多人網(wǎng)絡(luò )游戲設計策略 288
11．7  網(wǎng)絡(luò )傳輸的優(yōu)化 291
小結 293
習題11 293
參考文獻 293
第12章  虛擬現實(shí)/增強現實(shí)游戲開(kāi)發(fā) 294
12．1  虛擬現實(shí)與增強現實(shí)概述 294
12．1．1  虛擬現實(shí) 294
12．1．2  增強現實(shí) 297
12．2  深度感知與三維顯示 298
12．2．1  深度感知 298
12．2．2  基于立體眼鏡的三維顯示 300
12．3  VR游戲開(kāi)發(fā) 301
12．3．1  視角控制 302
12．3．2  三維自然交互 303
12．3．3  性能優(yōu)化 307
12．4  AR游戲開(kāi)發(fā) 311
12．4．1  AR游戲中的三維注冊與實(shí)時(shí)交互 311
12．4．2  代表性AR游戲 313
小結 316
習題12 316
參考文獻 317
附錄A  三維圖形繪制基礎 318
A．1  坐標系概述 318
A．2  顏色空間與模型 319
A．3  圖形繪制流程 323
A．3．1  固定流水線(xiàn) 324
A．3．2  定制流水線(xiàn)與Shaders 325
A．4  照相機模型與投影矩陣 326
A．4．1  照相機模型 326
A．4．2  投影矩陣 327
A．5  頂點(diǎn)與幾何變換 329
A．6  像素計算 330
A．6．1  像素顏色計算 330
A．6．2  片段剔除 332
A．6．3  反走樣 332
A．7  光照明計算 333
A．8  紋理映射 339
A．9  推遲渲染 344
A．10  繪制編程接口 346
參考文獻 348