DirectX 11高级图形开发技术实践 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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韩元利，王汉东 著

图书标签:

• DirectX 11
• 图形编程
• 游戏开发
• 渲染技术
• Shader
• HLSL
• Direct3D
• 图形渲染
• 计算机图形学
• 技术实践

出版社： 科学出版社

ISBN：9787030388575

版次：31

商品编码：12326491

包装：平装

开本：16开

出版时间：2018-03-01

页数：276

正文语种：中文

内容简介

本书主要围绕新一代可编程图形管道流水线技术，介绍了DirectX图形应用中各个环节的开发知识。从图形硬件的可编程图形管道流水线认识开始，到基于GPU命令集与ShaderModel图形编程接口标准、高级着色语言（HLSL）所构成的着色程序开发知识，全面地介绍了各种不同着色器的功能编程过程，再到以DXGI、Direct2D、Direct3D整合的DirectX11图形开发，最后给出了具体的项目实践过程，构成了新一代图形应用开发完备的知识链。全书以Direct3D11的.NET图形应用开发为主线，基于**的Windows8、DXGI1.2高级图形技术，面向具体的工程实践，通过与Direct3D9的开发对比，论述了Direct3D11进行二维图形开发与三维图形应用程序开发的技术与实践过程。

《沉浸式视觉盛宴：现代游戏与交互式媒体的图形艺术解析》 引言： 在数字娱乐和交互式媒体飞速发展的浪潮中，视觉表现力已成为吸引用户、传递情感、塑造沉浸感的核心要素。从宏大的开放世界游戏到引人入胜的虚拟现实体验，再到动态变化的电影视觉特效，图形技术的每一次飞跃都深刻地改变着我们感知和互动数字世界的方式。本书并非直接探讨某一特定图形API的技术细节，而是将目光聚焦于更广泛的、贯穿于所有现代图形开发实践中的核心理念、高级技术和前沿趋势。我们旨在揭示那些驱动像素转化为令人惊叹视觉体验的底层原理，以及不同图形技术和方法论在实际项目中的应用考量。 第一章：从基础到精通——现代图形渲染管线的深层剖析 本章将超越简单的“顶点着色器、像素着色器”的框架，深入剖析现代图形渲染管线的演进与优化。我们将探讨延迟渲染（Deferred Rendering）和前向渲染（Forward Rendering）的优劣势，以及它们在不同场景下的适用性，例如如何通过延迟渲染高效处理大量动态光源，或者在前向渲染中通过排序和剔除技术来优化绘制批次。 管线状态对象（PSO）与可编程渲染管线： 深入理解管线状态对象如何封装各种渲染状态，从而提升CPU效率和GPU吞吐量。我们将探讨如何通过合理的PSO设计来减少状态切换开销，并分析可编程管线在实现复杂视觉效果方面的灵活性。 多重渲染目标（MRT）与G-Buffer： 详细讲解MRT的工作原理，以及如何利用G-Buffer存储几何信息（位置、法线、纹理坐标等），为延迟渲染提供数据基础。我们将分析G-Buffer的设计原则，以及不同数据格式对性能和精度的影响。 多通道渲染与后期处理： 探讨如何通过分阶段的渲染通道来实现复杂的视觉效果，例如屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）、屏幕空间反射（SSR）以及景深（Depth of Field）。我们将深入分析这些后期处理技术的算法原理，并讨论其在性能和视觉质量之间的权衡。 第二章：光影的魔法——高级光照与阴影技术 光照是塑造场景真实感和氛围的关键，本章将聚焦于那些能让数字世界“活起来”的高级光照与阴影技术。 全局光照（Global Illumination, GI）的实现原理与权衡： 反射探针（Reflection Probes）与球谐函数（Spherical Harmonics）： 讲解反射探针如何捕捉环境的反射信息，以及球谐函数如何高效地表示和插值低频环境光照，实现动态场景的光照烘焙与运行时更新。 屏幕空间全局光照（Screen-Space Global Illumination）： 分析SSGI技术，探讨它如何利用屏幕空间信息近似模拟全局光照，以及其优缺点。 基于物理的渲染（Physically Based Rendering, PBR）的实践： 深入讲解PBR的核心概念，包括金属度（Metallic）、粗糙度（Roughness）、菲涅尔效应（Fresnel）以及微表面理论（Microfacet Theory）。我们将分析如何设置PBR材质参数，以及如何根据物理规律来模拟不同材质的光照交互，实现更为逼真的视觉效果。 高效阴影的艺术： 级联阴影贴图（Cascaded Shadow Maps, CSM）： 详细解析CSM的工作原理，如何通过多层级阴影贴图来解决远景和近景的阴影质量问题，并讨论其优化技巧。 百分比渐进式软阴影（Percentage-Closer Soft Shadows, PCSS）： 探讨PCSS技术，如何模拟柔和阴影边缘，以及其在性能和视觉上的表现。 硬件阴影技术与优化： 分析各种硬件阴影技术（如VSM, EVSM）的原理，以及如何通过纹理过滤、采样优化等手段提升阴影渲染效率。 第三章：纹理的奥秘——高级纹理应用与优化 纹理是赋予模型表面细节和色彩的关键，本章将探索更高级的纹理应用技术，以及如何在保证视觉质量的同时优化纹理内存占用和渲染性能。 程序化纹理（Procedural Texturing）的魅力： 探讨如何利用算法而非预先绘制的图像生成纹理，例如噪声函数（Perlin Noise, Simplex Noise）、分形（Fractals）等。我们将分析程序化纹理在生成自然、变化的表面细节（如岩石、木材、地面）方面的优势，以及其与基于图像纹理的结合应用。 纹理流送（Texture Streaming）与内存管理： 深入理解纹理流送的原理，如何根据摄像机视锥体和LOD（Level of Detail）动态加载和卸载纹理，从而有效管理显存，避免卡顿。我们将分析不同的纹理流送策略，以及如何优化纹理压缩格式。 法线贴图（Normal Mapping）的进阶应用： 除了基础的法线贴图，我们将探讨切线空间法线贴图（Tangent Space Normal Mapping）、物体空间法线贴图（Object Space Normal Mapping）以及视空间法线贴图（View Space Normal Mapping）的区别与适用场景。还将分析如何生成高质量的法线贴图，以及如何利用其模拟精细表面细节。 位移贴图（Displacement Mapping）与视差映射（Parallax Mapping）： 详细讲解位移贴图如何通过修改顶点位置来真实地改变模型几何，以及视差映射如何通过改变纹理采样坐标来模拟深度感。我们将对比两种技术的优劣，以及它们在不同场景下的应用。 第四章：几何的蜕变——高级几何处理与优化 模型的几何细节直接影响场景的复杂度和渲染复杂度，本章将关注如何高效地处理和渲染大量复杂的几何体。 LOD（Level of Detail）技术的系统性应用： 深入分析各种LOD生成方法，包括静态LOD、运行时LOD以及基于网格简化的LOD。我们将探讨如何根据模型的重要性、距离以及屏幕空间大小来选择合适的LOD级别，从而大幅减少渲染负担。 实例化渲染（Instancing）与批量绘制（Batching）： 详细讲解实例化渲染的原理，如何一次性绘制大量相同的网格，对于植被、建筑、道具等重复元素至关重要。我们将分析如何结合实例化渲染与材质批次（Material Batching）来最大限度地减少绘制调用（Draw Call），提升渲染效率。 网格剔除技术（Culling Techniques）： 除视锥体剔除（Frustum Culling）外，还将深入探讨遮挡剔除（Occlusion Culling）的技术，例如硬件遮挡查询（Hardware Occlusion Queries）和基于CPU的遮挡剔除算法。我们将分析这些技术如何有效剔除不可见的对象，减少不必要的渲染计算。 曲面细分（Tessellation）的应用与性能考量： 探讨曲面细分如何根据需要动态增加模型网格密度，以实现更精细的几何细节。我们将分析硬件曲面细分单元的功能，以及如何在保证性能的前提下合理使用曲面细分来提升模型表现力。 第五章：动态世界的构建——粒子系统、体积效果与动画 一个生动真实的数字世界离不开动态元素的支撑，本章将聚焦于如何构建逼真且性能良好的动态视觉效果。 先进粒子系统设计与模拟： 深入探讨基于物理的粒子模拟，例如流体模拟（Fluid Simulation）、布料模拟（Cloth Simulation）以及刚体动力学（Rigid Body Dynamics）。我们将分析如何利用GPU进行大规模粒子计算，实现逼真的烟雾、火焰、水流等效果。 体积效果（Volumetric Effects）的实现： 体积光（Volumetric Lighting）与雾（Volumetric Fog）： 讲解体积光如何模拟光线在空气中的散射，以及体积雾如何表现空气中的粒子密度。我们将分析这些技术的渲染原理，以及如何在性能和视觉效果之间取得平衡。 体积云（Volumetric Clouds）： 探讨如何使用体积渲染技术来模拟真实的云层，包括其形状、密度、光照交互等。 骨骼动画与蒙皮（Skeletal Animation & Skinning）的优化： 分析高效的骨骼动画系统设计，以及GPU蒙皮技术如何加速角色动画的渲染。我们将探讨如何优化蒙皮算法，以及如何处理大量骨骼的场景。 第六章：跨越界限——新兴图形技术与未来展望 技术永远在不断发展，本章将目光投向当前和未来的图形技术前沿，为读者提供前瞻性的视野。 光线追踪（Ray Tracing）与路径追踪（Path Tracing）： 详细讲解光线追踪和路径追踪的原理，以及它们如何在模拟全局光照、反射、折射等方面实现无与伦比的真实感。我们将分析当前硬件光线追踪的能力，以及在游戏和离线渲染中的应用现状与挑战。 无缝世界与流式加载（Seamless Worlds & Streaming）： 探讨如何构建超大规模的开放世界，并通过流式加载技术来克服内存和性能瓶颈，实现无缝的游戏体验。 虚拟现实（VR）与增强现实（AR）中的图形挑战： 分析VR/AR环境下对图形渲染提出的特殊要求，例如高帧率、低延迟、立体渲染以及空间感知等，并探讨相应的图形技术解决方案。 AI在图形学中的应用： 展望人工智能在纹理生成、模型创建、动画优化、实时渲染等方面的前景，例如AI驱动的超分辨率（AI Upscaling）、AI辅助内容创作等。 结论： “沉浸式视觉盛宴：现代游戏与交互式媒体的图形艺术解析”旨在为读者提供一个全面而深入的图形技术视野，使其能够理解并掌握构建令人惊叹视觉体验的核心原理和高级技巧。本书不局限于单一API的枯燥代码，而是聚焦于贯穿所有现代图形开发实践的通用理念、算法和优化策略，帮助开发者在不断变化的数字内容创作领域中，用技术点亮想象，创造出真正引人入胜的沉浸式世界。

评分☆☆☆☆☆

对于我这样一名图形学爱好者来说，这本书像是一本武林秘籍。它并没有停留在API的表面，而是深入到图形学的底层原理。我尤其着迷于书中关于多线程渲染和异步计算的讨论。作者虽然是在DirectX 11的框架下进行讲解，但其对多线程处理的思考，如何将一些耗时的计算任务（如物理模拟、AI计算）放到独立的线程中处理，以及如何与渲染管线协同工作，让我受益匪浅。书中关于计算着色器（Compute Shader）的讲解也让我耳目一新，它展示了如何利用GPU进行通用计算，不仅仅局限于图形渲染，这为实现更复杂的算法提供了可能。虽然我目前还未完全消化书中的所有内容，但我能感受到作者在努力地将复杂的概念以易于理解的方式呈现出来。这本书对我来说，不仅是学习DirectX 11的工具，更是开启我图形学深入探索的一把钥匙，让我看到了无限的可能性。

评分☆☆☆☆☆

这本书真的让我大开眼界，特别是关于实时光线追踪的部分。虽然书的标题是DirectX 11，但作者巧妙地将一些现代图形学技术融入其中，让我能够理解如何在DirectX 11的框架下模拟更逼真的光照效果。书中对于全局光照算法的讲解，比如辐射度方法和基于图像的光照，虽然不是DirectX 11原生支持的，但通过Shader的实现方式，清晰地阐述了原理，并且提供了可行的代码片段。我尤其喜欢书中对反射和折射的详细剖析，通过案例演示了如何利用Cubemap和屏幕空间反射（SSR）来提升场景的真实感。更让我惊喜的是，作者还触及了延迟渲染（Deferred Rendering）和前向渲染（Forward Rendering）的优劣势对比，并给出了在DirectX 11中实现延迟渲染的一些思路，这对于理解现代渲染管线至关重要。虽然有些部分需要一定的数学基础，但作者的解释都非常到位，能够引导读者一步步理解复杂的概念。总体而言，这本书不仅仅是关于DirectX 11的API介绍，更是一次深入图形学核心技术的实践探索，让我对如何构建高性能、高视觉保真度的3D应用有了更深刻的认识。

评分☆☆☆☆☆

我一直对游戏引擎的底层渲染技术非常感兴趣，这本书的出现简直是我的福音。我特别关注书中关于GPU架构和并行计算的部分，作者通过对DirectX 11的Shader模型（SM 5.0）的深入讲解，让我明白了GPU是如何高效处理大量并行计算的。书中对顶点着色器、像素着色器、几何着色器和计算着色器的具体应用场景和编写技巧都做了详尽的阐述，并且结合了不少实际的渲染问题，比如动态阴影的生成、后处理特效的实现（如景深、运动模糊）。我印象最深刻的是关于Tessellation（细分曲面）的章节，作者不仅解释了它的原理，还展示了如何利用它来动态地增加模型的细节，使得模型在不同距离下都能保持良好的视觉效果，这对于角色模型和地形的渲染来说是巨大的提升。此外，书中对于资源管理和性能优化的讨论也相当有价值，了解如何有效地管理纹理、缓冲区以及如何减少Draw Call，对于开发大型、复杂的3D场景至关重要。这本书的实践性很强，很多代码示例都能直接拿来参考和修改，大大缩短了我的学习曲线。

评分☆☆☆☆☆

我是一名独立游戏开发者，经常需要自己实现一些渲染功能。这本书在优化和性能调优方面给了我很大的帮助。作者在书中花了大量篇幅讨论了如何有效地利用DirectX 11的特性来提升渲染性能，比如如何减少CPU的开销，优化GPU的利用率。我特别关注关于批处理（Batching）、实例化（Instancing）和剔除（Culling）的章节，作者给出了非常实用的优化技巧，例如如何通过合并相似的绘制调用来减少CPU与GPU之间的通信开销，如何使用实例化来高效地渲染大量相同的对象。书中对于天空盒（Skybox）和雾（Fog）效果的实现也做了详细的介绍，这些都是提升场景氛围和视觉沉浸感的关键技术。更重要的是，作者强调了在开发过程中进行性能分析的重要性，并指导读者如何使用DirectX的性能分析工具来找出瓶颈。这本书的内容非常贴近实际开发需求，让我能够快速地将学到的知识应用到我的项目中，显著提升了游戏的帧率和流畅度。

评分☆☆☆☆☆

作为一名对计算机图形学充满热情的学生，我一直想找到一本能够深入理解渲染管线中各个环节的书籍。这本书正好满足了我的需求。书中对DirectX 11管线中各个阶段的划分和数据流向的描述非常清晰，让我对从CPU发送绘制命令到GPU最终成像的整个过程有了系统性的认识。我尤其喜欢书中对深度缓冲区（Depth Buffer）和模板缓冲区（Stencil Buffer）的讲解，作者通过生动的例子展示了它们在实现遮挡剔除、透明度混合以及一些特殊效果（如轮廓线）中的作用。书中对于材质系统的构建也给了我很多启发，如何通过Shader定义和控制材质的视觉属性，比如漫反射、高光、环境光等，以及如何利用纹理映射来丰富材质的表现力。虽然书中没有直接涉及最新的渲染技术，但它所打下的坚实基础，让我能够更容易地理解和学习那些更高级的内容。对于想要深入理解DirectX 11核心渲染原理的读者来说，这本书绝对是不容错过的。