編輯推薦
《Direct 3D和XNA遊戲開發基礎(C#語言版)》可作為學習用C#語言開發3D圖形和3D遊戲程序的入門書,也可作為高校計算機及遊戲等相關專業教師、研究生、本專科學生的教材或參考書,對使用C#語言開發3D圖形和3D遊戲程序的程序員也有很好的參考價值。
XNA+C#新一代遊戲開發利器,采用實例教學法,在講清基本知識點的基礎上,藉助於豐富的實例加以說明,涵蓋關鍵知識點,提供短小精悍的範例代碼,並輔之以詳細設計步驟和解釋。
隨著遊戲産業的迅猛發展,快速、高效地開發齣精彩的3
內容簡介
使用C#語言可以編寫基於DirectX和微軟新遊戲開發平颱XNA(僅支持C#語言)的3D圖形和3D遊戲程序,其運行速度已接近於C++代碼的運行速度,一些商業遊戲已經使用C#語言創建。用C#語言編寫3D圖形和3D遊戲程序可以降低學習和開發難度,提高開發效率,使開發人員能寫齣更安全的代碼。本書目的是使具有C語言基礎的讀者通過本書學習,掌握用C#語言開發基於DirectX和XNA的3D圖形和3D遊戲程序。本書采用實例驅動的方式進行講解,在例子中盡量避免羅列不相關的知識點和無關代碼,使例子代碼短小精悍,容易理解,書中全部例程均給齣瞭詳細設計步驟,並對每一步代碼給齣詳細解釋,讀者可按照書中步驟完成例子。
本書可作為學習用C#語言開發3D圖形和3D遊戲程序的入門書,也可作為高校計算機及遊戲等相關專業教師、研究生、本專科學生的教材或參考書,對使用C#語言開發3D圖形和3D遊戲程序的程序員也有很好的參考價值。
作者簡介
耿肇英,教授,1948年1月齣生。1983年畢業於北方交通大學電信係,獲工學碩士學位。2000年晉升為教授。現任河北師範大學數學與信息科學學院計算機科學係主任。耿肇英教授目前主要從事智能儀器與虛擬儀器的研究工作。在《計算機科學》等國內外學術刊物上發錶學術論文20餘篇。1993年《動態智能心電監護儀》獲河北省人民政府生産辦公室河北新産品奬,1998年《智能遠程心電監控裝置》獲國傢專利,《SDA—1型微機實驗係統》獲全國普通高等工業學校CAI協作組優秀CAI軟件三等奬。目前承擔著三項橫嚮研究課題。
內頁插圖
目錄
第1章 Managed DirectX和XNA
1.1 DirectX
1.2 Managed DirectX
1.3 XNA簡介
1.4 .NET Framework
1.5 事件驅動
1.6 Windows應用程序框架
1.7 可視化程序設計
1.8 解決方案和項目
1.9 鍵盤事件
1.10 事件處理函數參數
1.11 鼠標事件
1.12 窗體的Paint事件
1.13 常用結構
第2章 3D圖形的數學基礎
2.1 3D坐標係統和坐標
2.2 嚮量
2.3 矩陣和Matrix結構
2.4 仿射矩陣
2.5 Matrix結構錶示3D變換矩陣
第3章 Direct 3D程序框架
3.1 圖形卡和GPU
3.2 Device類
3.3 3D程序基小框架
3.4 從基小框架創建項目
3.5 Transformed Colored結構
3.6 繪製靜止三角形
3.7 繪製點、綫和三角形
3.8 VertexBuffer類
3.9 繪製靜止立方體
3.10 背麵剔除
3.11 在基本框架中使用控件
第4章 Direct 3D圖形原理
4.1 世界、觀察和投影變換
4.2 Position Colored結構
4.3 顯示三角形
4.4 使三角形鏇轉
4.5 三角形連續鏇轉
4.6 顯示立方體
4.7 從不同位置觀察立方體
4.8 使用頂點索引繪製立方體
4.9 模擬地闆和牆壁
4.10 鏇轉的卒心圓柱
4.11 復雜的變換關係
第5章 燈光和材質
5.1 燈光
5.2 材質和Material結構
5.3 PostionNormal結構和法綫
5.4 定嚮光源照亮三角形
5.5 定嚮光源照亮立方體
5.6 定嚮光源照亮卒心圓柱
5.7 點光源
5.8 聚光燈光源
5.9 各種光源照射到地闆上
5.10 鏡麵高光
5.11 材質屬性Emissivre
第6章 紋理
6.1 紋理圖案和坐標
6.2 包含紋理坐標的頂點結構
6.3 為牆壁增加紋理
6.4 紋理尋址模式
6.5 光照三角形增加紋理
6.6 為立方體增加紋理
6.7 為空心圓柱增加紋理
6.8 添加背景
6.9 紋理濾波器
6.10 多層紋理
6.11 多級漸進紋理濾波
第7章 Mesh類
7.1 Mesh類預定義的幾何體
7.2 顯示茶壺
7.3 改變觀察點和鏇轉茶壺
7.4 增加多個茶壺
7.5 剋隆mesh實現紋理
7.6 3D字體
7.7 顯示.x文件中的3D圖形
7.8 地形圖
7.9 Mesh的優化
7.10 Mesh的簡化
7.11 Progressive Mesh類
7.12 將3ds MaX文件轉換為.x文件
第8章 透明效果和霧化
8.1 深度測試
8.2 透明物體的繪製原理
8.3 頂點顔色透明
8.4 材質顔色透明
8.5 紋理透明
8.6 有紋理的透明立方休
8.7 多個透明體
8.8 霧化
8.9 頂點霧化
8.10 像素霧化
8.11 基於範圍的霧化
第9章 其他特殊效果
9.1 倒影
9.2 使用TextureFactor來設置頂點顔色
9.3 陰影
9.4 後視鏡
9.5 廣告牌技術
9.6 模闆測試
第10章 可編程流水綫入門
10.1 可編程流水綫的基本概念
10.2 HLSL基礎
10.3 fx文件
10.4 Effect類
10.5 使用HLSL程序基本框架
10.6 簡單HLSL渲染
10.7 HLSL光照模型
10.8 HLSL錶示環境光
10.9 HLSL定嚮光源漫反射光
10.10 HLSL錶示鏡麵高光
10.11 紋理渲染
10.12 effect編輯器的使用
第11章 移植到XNA遊戲框架
11.1 XNA暴本框架
11.2 Basic Effect類
11.3 鍵盤
11.4 用頂點索引繪製圖形
11.5 燈光
11.6 紋理
11.7 .x和.fbx文件
11.8 HLSL
11.9 SpriteBatch類
11.10 輸齣字符串
11.11 鼠標及按鈕實現
第12章 XNA透明效果和霧化
12.1 深度測試
12.2 將頂點顔色設置為透明
12.3 將材質顔色設置為透明
12.4 紋理透明
12.5 像素霧化
第13章 XNA特殊效果
13.1 倒影
13.2 陰影
13.3 廣告牌技術
13.4 模闆測試
13.5 後視鏡
13.6 聲音
第14章 用XNA實現粒子係統
14.1 Point Sprite
14.2 描述粒子的結構
14.3 粒子係統原理
14.4 粒子係統類
14.5 模擬曳光彈
14.6 模擬爆炸
14.7 模擬雪景
14.8 HLSL粒子係統
14.9 SpriteBatch粒子係統
第15章 XNA實現階層動畫
15.1 常用的動畫技術
15.2 階層關係
15.3 .x文件格式分析
15.4 顯示有階層關係的.x文件
15.5 逼真的坦剋
15.6 濛皮骨骼動畫
第16章 XNA遊戲實例
16.1 顯示一輛汽車
16.2 汽車停在公路上
16.3 汽車在公路上行駛
16.4 汽車左右移動
16.5 在公路上增加障礙物
16.6 汽車是否碰到障礙物
16.7 完成遊戲
附錄 C#語言入門
精彩書摘
第1章 Managed DirectX和XNA
本章首先介紹DirectX、Managed DirectX和XNA有關知識,然後詳細解釋用C#語言設計3D程序時所用到但一般教科書又很少講到的重要概念,最後列齣C#語言3D程序設計中用到的一些結構。本書認為讀者已經掌握瞭C#語言基本語法,並能夠使用微軟VisualC#2005速成版(簡稱VS 2005)編寫Windows應用程序。如果讀者不具備這方麵的技能,請先閱讀附錄,掌握最基本的C#語言語法,然後再學習本章,學習事件驅動有關概念和用VS 2005編寫Windows應用程序的最基本步驟,為學習用C#語言編寫Direct 3D和XNA程序提供必要的基礎。當然,僅靠這些內容就完全掌握C#語言是不可能的,如需進一步學習C#語言,還需要閱讀C#語言的專著。如果讀者對這方麵的內容比較熟悉,也可跳過本章1.4節以後的內容,直接閱讀第2章。
前言/序言
運行於Windows操作係統的大部分3D遊戲和圖形程序都是基於微軟公司DirectX開發的,以往開發DirectX程序主要使用C++語言。由於DirectX函數庫的使用十分復雜,所涉及的概念眾多,而且多都不容易理解,又加上C++語言學習難度較大,以及同內適閤初學者的有關DirectX程序設計書籍較少等原因,使用DirectX設汁3D遊戲和圖形程序工作一商未能得到很好的普及。
2002年微軟推齣Managed DirectX(托管DirectX),支持C#語言丌發DirectX程序。2006午8月微軟發布XNA Game Studio ExpreSS,是微軟專門用於開發遊戲的最新集成開發環境,是微軟人力發展的遊戲開發平颱。Managed DirectX和XNA用類重新封裝瞭DirectX函數庫,比直接使用DirectX函數庫要容易得多。兩者都使用C#語言開發,減少瞭學習編程語言的難度。使用C#語言編寫基於Managed Directx和XNA的3D遊戲和圖形程序可以降低學習和開發難度,提高開發效率,使開發人員能寫更史安全的代碼。基於ManagedDirectX和XNA的3D遊戲和圖形程序的運行速度已很接近C++程序,一些商業遊戲已經使用Managed DirectX和xNA來創建。XNA編寫的3D遊戲程序還嗬運行於微軟遊戲機XBox 360。Managed DirectX和XNA的推齣必將促進3D遊戲和圖形程序設計的普及。
本書介紹使用C#語言開發基於Managed DirectX和XNA的3D遊戲和圖形程序技術,目的是使具有C語言基礎的讀者通過本書學習,掌握使用C#語言開發3D圖形程序的基礎,並能開發簡單的3D遊戲程序。
踏入三維世界:Direct3D 與 XNA 遊戲開發精粹(C 篇) 本書是一本麵嚮 C 開發者,旨在係統講解 Direct3D 和 XNA 遊戲開發基礎的深度技術指南。如果您熱衷於用代碼構建引人入勝的三維遊戲世界,渴望掌握從零開始創建令人驚嘆的視覺效果和交互式體驗的技能,那麼這本書將是您不可或缺的旅程夥伴。我們將深入探索 Direct3D 這一強大的圖形 API,以及基於它的 XNA 框架,為您揭示遊戲開發的核心奧秘,並引導您一步步成為一名閤格的 3D 遊戲開發者。 本書的核心價值在於,它不僅僅是理論的堆砌,更是實踐的引領。 我們將以 C 語言為載體,通過大量的代碼示例、詳盡的解釋和循序漸進的教學方法,幫助您理解那些復雜而迷人的圖形學概念,並將它們轉化為實際可用的遊戲功能。無論您是擁有一定 C 基礎,希望涉足遊戲開發領域的新手,還是有其他遊戲引擎開發經驗,想要深入瞭解底層圖形原理的進階開發者,都能從本書中受益匪淺。 第一部分:Direct3D 深入探索——構建三維世界的基石 Direct3D 是微軟 DirectX 核心組件之一,是 Windows 平颱上進行高性能 3D 圖形渲染的基石。在這一部分,我們將為您詳細剖析 Direct3D 的架構和核心概念,讓您對其強大之處有一個全麵而深刻的認識。 渲染管綫全解析: 從頂點數據到最終像素的旅程,我們將帶領您穿越 Direct3D 的完整渲染管綫。您將理解頂點緩衝區(Vertex Buffers)、索引緩衝區(Index Buffers)的作用,學習如何使用頂點著色器(Vertex Shaders)處理頂點數據,進行變換(模型、視圖、投影)和頂點處理;深入理解像素著色器(Pixel Shaders)在顔色計算、紋理映射、光照等方麵的關鍵作用。我們將逐步揭示固定功能管綫(Fixed-Function Pipeline)和可編程管綫(Programmable Pipeline)的區彆,並側重於現代可編程管綫的強大能力。 Direct3D 對象模型: 您將學習如何創建和管理 Direct3D 設備(Direct3D Device),理解它在圖形渲染中的核心地位。我們將講解交換鏈(Swap Chain)的原理,這是實現屏幕顯示和後颱緩衝區渲染的關鍵。您還將瞭解各種視圖(Viewport)的概念,以及如何設置攝像機(Camera)來定義觀察空間。 深度與模闆測試: 為瞭實現逼真的三維場景,深度測試(Depth Testing)和模闆測試(Stencil Testing)是必不可少的。我們將詳細闡述深度緩衝區(Depth Buffer)的工作原理,以及如何通過深度測試來確保物體正確地遮擋。模闆測試的應用場景,如實現特殊的渲染效果,也將一一為您呈現。 混閤與透明度: 在遊戲中,混閤(Blending)是實現半透明效果的關鍵技術。本書將深入講解不同混閤模式的實現原理,例如 alpha 混閤(Alpha Blending),以及如何利用它們創建齣如玻璃、煙霧、粒子效果等逼真的視覺元素。 紋理映射: 紋理是賦予三維模型生命力的重要媒介。您將學習如何加載和使用各種類型的紋理,包括顔色紋理、法綫貼圖(Normal Maps)、高光貼圖(Specular Maps)等。我們將講解紋理坐標(Texture Coordinates)的映射原理,以及如何通過紋理采樣器(Texture Sampler)來控製紋理的過濾和尋址模式,從而實現豐富多樣的材質錶現。 光照模型: 真實感的三維渲染離不開逼真的光照。我們將從基礎的朗伯模型(Lambertian Model)和馮氏模型(Phong Model)開始,逐步介紹更復雜的光照技術,如環境光(Ambient Light)、漫射光(Diffuse Light)、鏡麵反射光(Specular Light)。您還將學習如何利用頂點法綫(Vertex Normals)和光照計算來實現物體錶麵的明暗變化,以及使用著色器來模擬不同光源的效果。 著色器編程基礎(HLSL): 作為可編程管綫的核心,著色器是 Direct3D 強大能力的源泉。本書將引入 High-Level Shading Language (HLSL) 的基本語法和概念。您將學習如何編寫簡單的頂點著色器和像素著色器,理解著色器中的變量、函數、數據類型等,並開始掌握利用著色器實現自定義渲染效果的能力。我們將通過實際案例,引導您編寫能夠實現基礎光照、紋理采樣、顔色計算的著色器程序。 第二部分:XNA 遊戲開發框架——加速您的創意實現 XNA 框架是微軟為簡化遊戲開發而推齣的強大工具集,它構建在 Direct3D 之上,提供瞭更加便捷的 API 和豐富的遊戲開發支持。在這一部分,我們將帶領您全麵瞭解 XNA 框架,並學習如何利用它高效地構建 2D 和 3D 遊戲。 XNA 遊戲生命周期: 任何 XNA 遊戲都遵循一套標準的生命周期。您將深入理解 XNA 遊戲的初始化(Initialization)、內容加載(Content Loading)、更新(Update)和繪製(Draw)等關鍵階段,並學習如何在每個階段編寫響應的代碼。 內容管道(Content Pipeline): XNA 強大的內容管道極大地簡化瞭遊戲資源的導入和處理。我們將講解如何使用 XNA Content Pipeline 工具來導入和處理模型、紋理、音頻、字體等各種遊戲資産,並理解 XNA 如何將這些資源編譯成遊戲可用的格式。 模型加載與渲染: 您將學習如何導入和使用 XNA 框架加載 3D 模型,並將其渲染到屏幕上。我們將講解如何處理模型骨骼(Bones)和動畫(Animation),以及如何通過 XNA 的 API 來控製模型的變換。 精靈與 2D 渲染: 盡管本書側重於 3D,但 XNA 在 2D 遊戲開發方麵同樣齣色。我們將講解如何使用 SpriteBatch 類來高效地渲染 2D 精靈(Sprites),包括紋理、動畫幀的繪製,以及簡單的 2D 變換。 輸入處理: 遊戲交互離不開輸入。您將學習如何使用 XNA 的輸入係統來處理鍵盤、鼠標、遊戲手柄等各種輸入設備,並將其轉化為遊戲中的玩傢操作。 音頻與音樂: 聲音是遊戲體驗不可或缺的一部分。我們將講解如何使用 XNA 的音頻功能來播放背景音樂(Background Music)和音效(Sound Effects),並學習如何管理音頻播放,如音量控製、循環播放等。 物理模擬(基礎): 雖然 XNA 本身不內置復雜的物理引擎,但我們將介紹一些基礎的物理概念,並指導您如何通過 XNA 實現簡單的碰撞檢測(Collision Detection)和響應,為您的遊戲增添更多互動性。 用戶界麵(UI)基礎: 遊戲需要與玩傢進行交互,用戶界麵是實現這一目標的關鍵。我們將介紹 XNA 中創建基本 UI 元素(如按鈕、文本標簽)的方法,以及如何響應用戶的 UI 操作。 相機控製: 在 3D 遊戲中,相機的位置和朝嚮至關重要。您將學習如何實現各種相機控製方式,例如第一人稱視角(First-Person Camera)、第三人稱視角(Third-Person Camera)等,以及如何進行平滑的相機移動和鏇轉。 第三部分:實戰項目與進階技巧——將理論付諸實踐 理論學習離不開實踐的鞏固。在這一部分,我們將通過一係列精心設計的實戰項目,將前麵學到的 Direct3D 和 XNA 知識融會貫通,並進一步引導您掌握更高級的開發技巧。 基礎 3D 場景搭建: 從一個簡單的立方體開始,逐步構建一個包含地麵、背景和基本光照的 3D 場景。您將學習如何有效地組織場景中的對象,並實現基本的相機導航。 紋理映射與材質錶現: 在構建的場景中應用各種紋理,學習如何通過不同的紋理組閤和著色器來模擬齣不同材質的效果,如木材、石頭、金屬等。 基礎動畫實現: 學習如何為模型添加簡單的骨骼動畫,例如角色的行走動畫,以及如何通過 XNA 播放和控製這些動畫。 粒子係統入門: 粒子係統是創造動態視覺效果的利器,如煙霧、火焰、爆炸等。您將學習如何使用 XNA 和簡單的著色器來創建一個基礎的粒子係統,並控製粒子的生成、生命周期和運動。 簡單的第一人稱射擊遊戲雛形: 通過一個小型項目,將您學到的知識應用到實際的遊戲開發流程中。您將實現玩傢的移動、射擊、敵人AI(非常基礎)以及簡單的得分係統。 性能優化初步: 隨著遊戲復雜度的增加,性能優化變得尤為重要。我們將為您介紹一些基礎的性能優化技巧,如批處理(Batching)、剔除(Culling)、著色器優化等,幫助您寫齣更高效的遊戲代碼。 調試與錯誤處理: 在遊戲開發過程中,調試是必不可少的環節。我們將分享一些有效的調試技巧和策略,幫助您快速定位和解決問題。 本書的特色: C 語言的完美結閤: 本書完全采用 C 語言進行講解和示例,對於 C 開發者來說,上手門檻低,學習麯綫平緩。 循序漸進的教學模式: 從最基礎的概念齣發,逐步深入,確保讀者能夠紮實地掌握每一項知識點。 豐富的代碼示例: 每一個重要的概念都配有可運行的代碼示例,方便讀者對照學習和實踐。 實戰驅動的學習方法: 通過實際項目案例,將理論知識轉化為可用的遊戲功能,提升學習的趣味性和成就感。 深入淺齣的技術講解: 避免枯燥的理論闡述,而是用清晰易懂的語言,結閤實際應用場景來解釋復雜的圖形學概念。 緻讀者: 踏入 Direct3D 和 XNA 的世界,就像是開啓瞭一段充滿挑戰與驚喜的旅程。您將有機會將腦海中的奇思妙想,通過代碼轉化為觸手可及的虛擬世界。這需要耐心、毅力和不斷探索的精神。希望本書能夠成為您在這段旅程中堅實的後盾,為您提供清晰的指引和寶貴的經驗。讓我們一起,用 C 的力量,點燃您心中的遊戲開發夢想!