3D游戏引擎设计：实时计算机图形学的应用方法（第2版） [3D Game Engine Desing,2E] pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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[美] David H.Eberly 著，徐明亮，李秋霞，许威威 译

图书标签:

• 3D游戏引擎
• 游戏开发
• 计算机图形学
• 实时渲染
• 图形编程
• 游戏设计
• C++
• DirectX
• OpenGL
• 引擎架构

出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302343004

版次：2

商品编码：11390422

品牌：清华大学

包装：平装

外文名称：3D Game Engine Desing,2E

开本：16开

出版时间：2013-12-01

用纸：胶版纸

页数：730

字数：1186000

正文语种：中文

内容简介

　　《3D游戏引擎设计：实时计算机图形学的应用方法（第2版）》详细阐述了与3D游戏引擎设计相关的高效解决方案及相应的数据结构和算法，主要包括图形系统、渲染器、场景图、控制器动画、空间排序、细节级别、碰撞检测、物理学、标准对象、曲线、曲面、包含测试、距离计算方案、相交计算、数值方案、旋转计算、面向对象结构、内存管理以及基于着色器的特效。此外，《3D游戏引擎设计：实时计算机图形学的应用方法（第2版）》还提供了相应的算法、代码以及伪代码，以帮助读者进一步理解相关方案的实现过程。《3D游戏引擎设计：实时计算机图形学的应用方法（第2版）》适合作为高等院校计算机及相关专业的教材和教学参考书，也可作为相关开发人员的自学教材和参考手册。

内页插图

目录

第1章 概述
1.1 图形硬件和游戏发展史
1.2 本书版本与软件发展史
1.3 章节导读

第2章 图形系统
2.1 基础知识
2.1.1 坐标系
2.1.2 右手规则／左手规则和叉积计算
2.1.3 点和向量
2.2 转换操作
2.2.1 线性转换
2.2.2 仿射转换
2.2.3 透视转换
2.2.4 透视投影的特征
2.2.5 齐次点和矩阵
2.3 相机
2.3.1 透视相机模型
2.3.2 模型空间和对象空间
2.3.3 世界空间
2.3.4 视见空间、相机空间和眼睛空间
2.3.5 剪裁空间、投影空间或齐次空间
2.3.6 窗口空间
2.3.7 整合结果
2.4 剔除操作和剪裁操作
2.4.1 对象剔除操作
2.4.2 背面剔除
2.4.3 基于视锥体的剪裁操作
2.5 光栅化操作
2.5.1 直线段
2.5.2 圆形
2.5.3 椭圆
2.5.4 三角形
2.6 顶点属性
2.6.1 颜色
2,6.2 光照和材质
2.6.3 纹理
2.6.4 透明度和混合操作
2.6.5 雾效果
2.6.6 其他
2.6.7 光栅化属性
2.7 软件、硬件和API
2.7.1 概述
2.7.2 可移植性和性能
2.8 API规范
2.8.1 矩阵的表达和存储方式
2.8.2 矩阵累积计算
2.8.3 视见矩阵
2.8.4 投影矩阵
2.8.5 窗口坐标系
2.8.6 旋转操作
2.8.7 基于图形API的快速计算

第3章 渲染器
3.1 软件渲染
3.1.1 顶点着色器
3.1.2 背面剔除
3.1.3 剪裁操作
3.1.4 光栅化操作
3.1.5 边缓冲区
3.1.6 扫描线处理过程
3.1.7 像素着色器
3.1.8 模板缓冲机制
3.1.9 深度缓冲区
3.1.10 Alpha混合操作
3.1.11 颜色蒙版
3.1.12 纹理采样
3.1.13 帧缓冲区
3.2 硬件渲染
3.3 抽象渲染API
3.3.1 构造和析构
3.3.2 相机管理
……
第4章 场景图
第5章 控制器动画
第6章 空间排序
第7章 细节级别
第8章 碰撞检测
第9章 物理学
第10章 标准对象
第11章 曲线
第12章 曲面
第13章 包含测试
第14章 距离计算方案
第15章 相交计算
第16章 数值方案
第17章 旋转计算
第18章 面向对象结构
第19章 内存管理
第20章 基于着色器的特效
附录A在WildMagic中生成着色器
参考文献

前言/序言

　　本书第1版于2000年9月面世，当时，着色器语言尚未出现于民用级图形硬件中，全部渲染行为均在固定功能管线中完成，即设置渲染状态进而控制几何数据与绘制操作之间的操作方式。
　　Wild Magic始自O.l版本，并涵盖了1015个源文件以及17个示例应用程序，共计101293行代码。该版本发布时仅支持Microsoft Windows操作系统，且渲染器构建于OpenGL之上，项目文件由Microsoft Visual C++ 6.0提供。随后，源代码进化至Wild Magic 3.9，并兼顾Linux和Macintosh平台，以及OpenGL和Direct3D渲染器。除此之外，Wild Magic 3.9还对着色器程序设计提供了某些支持。尽管如此，该版本的引擎仍构建于固定功能管线之上。需要说明的是，Wild Magic 3.9支持多个版本的Microsoft编译器、其他平台上的编译器以及某些开发工具，例如导入器和导出器，进而可对艺术设计素材进行处理。
　　本书第2版包括诸多新增特性，例如着色器程序设计以及引擎的支持方式。本书在原有基础上增加了大量内容并涉及与图形系统相关的诸多细节知识，特别是着色器与几何管线之间的拟合方式。另外，场景图材质及其管理操作均得到了较大程度的扩展。同时，本书第2版涵盖了更为丰富的图像信息，并在一定程度上减少了与引擎相关的数学知识。
　　本书第2版发布了Wild Magic 4.0，其中包括1587个源文件和105个示例应用程序，共计249860行代码。最新版本支持Windows、Linux以及Macintosh平台，并采用OpenGL渲染器。另外，Windows平台还支持Direct3D渲染器，其性能与OpenGL相比毫不逊色。同时，多个版本的Microsoft C++均得到了较好的支持，包括版本6.0、7.0、7.1以及8.0（专业版和精简版）。除此之外，MrNGW编译器和MSYS环境同样在Windows平台上得到了较好的支持。Linux平台使用了g++编译器，而Macintosh平台则采用了Apple Xcode工具。
　　Wild Magic 4.0图形系统则完全基于着色器系统，并采用NVIDIA推出的Cg编程语言。针对OpenGL，预编译着色器程序通过arbvpl和arbfpl配置项创建；而对于Direct3D，则可使用vs_2-0和ps_2_0配置项，因而图形硬件应对此予以支持进而运行示例应用程序。若图形硬件仅支持少量的配置项，例如vs 1 1和ps_l_l，则须通过此类配置项重新编译当前着色器程序，并生成对应输出结果而非本书附带光盘所发布的内容。Wild Magic 4.0版本包含了基于着色器的全功能软件渲染器，并以此彰显几何管线的各方面内容，而非仅是顶点着色器和像素着色器。

《3D游戏引擎设计：实时计算机图形学的应用方法（第2版）》 深入探索构建现代3D游戏世界的基石 踏入令人着迷的3D游戏开发领域，您是否渴望理解那些将静态图像转化为栩栩如生、动态交互体验的复杂技术？《3D游戏引擎设计：实时计算机图形学的应用方法（第2版）》并非仅仅是一本关于游戏开发的书籍，它更是一扇通往数字世界创造力之门的钥匙，为有志于深入引擎底层、掌控图形渲染流程的开发者和技术爱好者提供了全面而深入的指导。本书旨在剥离游戏应用表面的华丽，直击其核心——强大的3D游戏引擎。在这里，我们将一起揭示那些支撑起复杂场景、逼真光影、流畅动画以及沉浸式交互的技术奥秘。 本书的第二个版本，是对首版的一次深刻的重塑与升华。它不仅保留了原有的经典内容，更融入了近年来3D图形学和游戏引擎领域蓬勃发展的最新技术和前沿思想。从基础的数学概念到复杂的渲染管线，从高效的内存管理到优化的算法实现，本书以一种循序渐进、由浅入深的方式，引导读者逐步掌握构建一个高性能、功能完备的3D游戏引擎所需的关键知识体系。 核心内容概览： 本书的架构设计严谨而逻辑清晰，旨在为读者构建一个坚实的理论基础和实践框架。 数学与几何基础： 任何3D图形学的基石都离不开强大的数学支撑。本书将从向量、矩阵、四元数等基本概念出发，深入讲解它们在3D空间变换（平移、旋转、缩放）、相机投影、光照计算等方面的核心作用。您将理解如何利用这些数学工具来精确地描述和操控游戏世界中的物体位置、方向和大小。 图形渲染管线： 这是3D游戏引擎的心脏。本书将详细剖析现代图形渲染管线的每一个阶段，从顶点处理、几何生成、栅格化，到像素着色、深度测试、模板测试，再到混合、后处理等。您将学习GPU是如何高效地将三维场景转化为二维图像的，以及如何在每个阶段进行优化以实现更高的帧率和更佳的视觉效果。 模型加载与管理： 游戏世界由各种三维模型构成，如何高效地加载、存储和管理这些模型是引擎设计的重要环节。本书将探讨常见的模型文件格式（如OBJ, FBX）的解析方法，以及如何构建内存友好的数据结构来组织网格、材质、纹理等资源。 材质与着色： 逼真的视觉效果离不开精细的材质表现。本书将深入讲解不同着色模型（如Blinn-Phong, PBR）的原理，材质参数的含义，以及如何通过编写着色器（Shader）程序来实现丰富多样的视觉效果，包括纹理映射、法线贴图、高光贴图、环境光遮蔽等。您将理解PBR（基于物理的渲染）如何更真实地模拟光照与物体表面的交互。 光照与阴影： 光照是营造游戏氛围和真实感的关键。本书将覆盖各种光照模型（点光源、方向光、聚光灯、环境光），以及如何计算光照衰减、漫反射、镜面反射等。同时，阴影的生成和渲染也是一大重点，您将学习影子贴图（Shadow Mapping）、阴影体（Shadow Volumes）等技术，以实现逼真且性能优异的阴影效果。 纹理技术： 纹理是赋予模型细节和色彩的关键。本书将深入探讨各种纹理的应用，包括漫反射纹理、法线纹理、高光纹理、反射纹理、视差映射等。您还将学习纹理的过滤、采样、Mipmap生成等技术，以确保在不同距离下纹理都能呈现最佳效果。 相机与视锥体裁剪： 相机是玩家在游戏世界中的“眼睛”。本书将详细讲解不同类型的相机（透视相机、正交相机）的设置，以及视锥体（Frustum）的概念。如何高效地进行视锥体裁剪，剔除屏幕外不可见的物体，是优化渲染性能的重要手段。 场景管理与剔除： 大型游戏场景的渲染需要精妙的组织和高效的剔除技术。本书将介绍常见的场景管理技术，如空间划分（BSP树、四叉树/八叉树）和视口剔除（View Frustum Culling），帮助开发者理解如何仅渲染对玩家可见的部分，从而显著提升渲染效率。 动画系统： 角色和物体的动态表现离不开动画系统。本书将探讨骨骼动画（Skeletal Animation）的工作原理，包括骨骼绑定、蒙皮（Skinning）和动画混合。您将学习如何加载和播放动画，以及实现更高级的动画功能，如IK（逆向动力学）。 后处理效果： 在渲染完基本场景后，后处理技术可以进一步增强视觉表现。本书将介绍诸如运动模糊（Motion Blur）、景深（Depth of Field）、泛光（Bloom）、色调映射（Tone Mapping）等常用的后处理效果，以及如何在渲染管线中集成它们。 性能优化： 无论引擎多么强大，性能始终是3D游戏开发中永恒的挑战。本书将在各个章节中穿插大量的性能优化技巧，包括CPU与GPU的协同工作、内存管理、着色器优化、减少绘制调用（Draw Call）等，帮助读者构建出既美观又流畅的游戏体验。 现代图形API和实践： 为了贴合当前行业发展，本书将深入探讨和应用现代图形API（如DirectX 11/12, Vulkan, OpenGL 4.x）的设计理念和编程实践。您将学习如何利用这些API来充分发挥GPU的强大性能。 本书的价值所在： 《3D游戏引擎设计：实时计算机图形学的应用方法（第2版）》面向的是那些渴望超越“用户”视角，成为“创造者”的开发者。 深度理解，而非表面使用： 本书不满足于教您如何使用现有的引擎工具，而是引导您理解引擎内部的工作原理。这种深度的理解将使您在面对复杂的技术难题时，能够更有效地进行分析和解决。 跨平台能力： 通过掌握引擎设计的核心原理，您将更容易理解和适应不同平台（PC, Console, Mobile）的图形特性和优化需求。 技术迁移性： 引擎设计中的许多原则和算法是通用的，即使您未来转向其他图形学应用领域，如VR/AR、科学可视化、电影特效等，本书所奠定的基础也将为您提供宝贵的财富。 独立开发与创新： 对于独立开发者而言，深入了解引擎设计是构建独特游戏体验、实现创新想法的关键。本书将赋予您独立构建定制化引擎或深度定制现有引擎的能力。 职业发展： 拥有扎实的3D游戏引擎设计知识，是进入大型游戏公司担任图形程序员、引擎开发工程师等职位的有力敲门砖。 适用人群： 有一定编程基础，对3D图形学充满兴趣的程序员： 无论您是C++、C还是其他语言的开发者，只要您有扎实的编程基础，并渴望深入理解3D图形背后的原理，本书都将是您的理想选择。 游戏开发爱好者： 如果您对游戏开发怀有热情，并希望了解游戏是如何被制作出来的，那么本书将为您打开一扇通往技术深处的大门。 计算机科学、软件工程及相关专业的学生： 本书是学习实时计算机图形学和游戏引擎设计的绝佳参考资料，能极大地丰富您的专业知识体系。 图形程序员、引擎开发者： 无论是初入行还是经验丰富的开发者，本书都能为您提供宝贵的知识更新和深入的洞察。 《3D游戏引擎设计：实时计算机图形学的应用方法（第2版）》是一本精心打磨的著作，它将带您踏上一段充满挑战但极其有益的学习之旅。通过本书，您将不仅能掌握构建3D游戏引擎的技术细节，更能培养解决复杂技术问题的能力，从而在瞬息万变的数字内容创作领域脱颖而出。准备好迎接这场技术盛宴，成为构建下一个令人惊叹的虚拟世界的工程师吧。

评分☆☆☆☆☆

这本书，《3D游戏引擎设计：实时计算机图形学的应用方法（第2版）》，可以说是我近期阅读体验最“硬核”的一本了。我原本以为自己已经对3D图形学有了比较系统的认识，但读完这本书后，我才意识到自己之前的理解有多么肤浅。这本书的结构设计非常合理，从最基础的数学模型和向量运算开始，逐步推进到更复杂的概念，比如“相机模型”、“投影变换”以及“视图变换”。作者在解释这些概念时，并没有使用过于晦涩的语言，而是用了很多类比和图解，这使得一些原本 abstrak的概念变得生动易懂。我尤其欣赏作者对“纹理压缩”和“Mipmap”的讲解，这对于理解如何有效地管理和使用纹理资源，从而优化内存占用和渲染速度，非常有帮助。另外，关于“骨骼动画”和“蒙皮”的章节，作者的讲解也相当细致，让我对角色如何在三维空间中活动有了更深的理解。虽然某些章节的算法描述确实需要反复琢磨，但总的来说，这本书为我提供了一个非常扎实的理论基础和实践指导，让我能够更自信地去探索3D引擎设计的更多可能性，也让我明白，要创造出色的3D游戏画面，背后是多么庞大而精密的科学体系。

评分☆☆☆☆☆

我最近刚看完《3D游戏引擎设计：实时计算机图形学的应用方法（第2版）》的大部分内容，说实话，它给我带来的冲击远比我预期的要大。这本书的深度和广度都令人惊叹。我之前以为自己对3D图形学已经有了相当的了解，但这本书让我意识到，那仅仅是冰山一角。它不仅仅是罗列技术名词，而是非常细致地讲解了每一个概念背后的原理和实现方式。举个例子，关于BSP树（二叉空间分割树）和Occlusion Culling（遮挡剔除）的章节，作者的讲解条理清晰，配合着大量的图示，让我这个之前对此类概念只是“知道有这么回事”的人，茅塞顿开，甚至开始思考如何在自己的项目中应用这些技术来提高渲染效率。而且，这本书的例子似乎非常贴合实际的引擎开发需求，不是那种脱离实际的理论空谈。我尤其欣赏作者对于“多线程渲染”和“GPU并行计算”的阐述，这部分的内容让我深刻理解了如何榨干硬件的每一分性能。对我这种想要从“使用者”转变为“创造者”的开发者来说，这本书无疑是一份宝贵的财富。它让我看到了通往更高级开发境界的道路，虽然路途艰险，但有了这样一本详实的指南，感觉目标不再遥不可及。

评分☆☆☆☆☆

这本书，我简直是抱着朝圣的心态拿到的。《3D游戏引擎设计：实时计算机图形学的应用方法（第2版）》，这个名字本身就带着一股子厚重感，让我觉得这不是一本随随便便能啃下来的书。打开目录，嚯，这信息量！从最基础的图形学原理，到纹理映射、光照模型，再到更复杂的场景管理、物理模拟，最后居然还涉及到了渲染管线和性能优化。每个章节的标题都直击要害，感觉作者是真的把3D游戏引擎的每一个螺丝钉都给拆开来，然后一块一块给你讲明白了。尤其是看到关于“实时光线追踪”和“PBR（基于物理的渲染）”那一块，我真是心跳加速。这可是当前3D图形学最前沿的技术啊！之前看各种资料，零零散散的，总觉得像是在雾里看花，但有了这本书，感觉自己手里握着一张藏宝图，能够一步步深入到引擎的核心，理解那些让画面栩栩如生的奥秘。我甚至已经开始脑补，等我把这本书吃透了，是不是就能自己搭建一个简陋但功能齐全的引擎雏形了？光是这个念头就让人热血沸腾。当然，我知道这过程绝不轻松，需要投入大量的时间和精力，但这本书就像一个耐心的导师，它不会直接给你答案，而是循循善诱，引导你一步步去发现和理解。

评分☆☆☆☆☆

我最近在尝试阅读《3D游戏引擎设计：实时计算机图形学的应用方法（第2版）》，这本书的内容之丰富，让我感觉像是打开了一个新的世界。我之前主要关注的是游戏逻辑和AI方面，对于图形渲染引擎的部分，一直觉得它是一个神秘且难以触及的黑匣子。然而，这本书的出现，仿佛点亮了一盏明灯。作者从最基本的渲染流程讲起，一步步深入到各种高级技术，例如“延迟渲染”和“前向渲染”的优缺点对比，以及“全局光照”的几种实现方式。这些内容对于我理解为什么游戏画面能呈现出如此逼真的效果，起到了至关重要的作用。我尤其喜欢作者在描述“顶点着色器”和“像素着色器”时，不仅仅是给出代码，而是深入剖析了它们在GPU上的运行机制，以及如何通过编写和优化着色器代码来达到特定的视觉效果。这种深入骨髓的讲解方式，让我对整个渲染管线有了前所未有的清晰认识。虽然有些章节的数学推导让我头疼，但总体而言，这本书提供了一个非常全面的视角，帮助我打破了对图形引擎的迷思，也激起了我深入研究图形学更深层次技术的兴趣。

评分☆☆☆☆☆

这本书，真是让我又爱又恨。爱的是它所提供的知识的深度和系统的组织方式，恨的是它的难度有时候真的像一道难以逾越的高墙。我记得花了整整一个晚上才勉强弄懂了“层次包围盒（Bounding Volume Hierarchy）”的概念，以及它在碰撞检测中的应用。作者在解释时，用了相当多的数学公式和算法描述，虽然非常严谨，但对于我这样数学功底不是特别扎实的人来说，阅读起来确实需要极大的耐心和反复推敲。不过，一旦理解了，那种豁然开朗的感觉是无与伦比的。我能感受到作者在编写这本书时，是真正站在一个引擎开发者和学习者的角度去思考的。它没有回避那些复杂的技术细节，而是选择坦诚地将它们呈现出来，并努力将其解释清楚。这一点非常可贵。特别是关于“LOD（细节层次）”和“Instancing（实例化渲染）”的章节，对我来说非常有启发。我之前一直在思考如何优化大规模场景的渲染，而这本书提供了非常实用的解决方案和思路。虽然啃这本书需要“硬核”的学习态度，但如果你真的想在3D游戏引擎领域有所建树，这本书绝对是绕不过去的一道坎，也是通往真知的必经之路。

评分☆☆☆☆☆

质量还好，速度快

评分☆☆☆☆☆

不错，推荐，呵呵。。。。

评分☆☆☆☆☆

比想象的难啊、要看个几个月的样子

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总体来说很不错，书比较厚，纸质也香，讲的很细致。

评分☆☆☆☆☆

涉及到很多的基础知识，需要时间学习

评分☆☆☆☆☆

数不错，要好好 看下

评分☆☆☆☆☆

书本的印刷质量不错。书籍内容有一定的深度

评分☆☆☆☆☆

还是不错的一本书，推荐！

评分☆☆☆☆☆

书不错，很有用，以后还从京东买！