游戏引擎架构 第2版 (美)杰森·格雷戈瑞(Jason Gregory) 著 叶劲峰 译 专业科技 文轩网

第2版序言xxxiii
第1版序言xxxv
第2版前言xxxvii
第1版前言xxxviii
致谢xl
第I部分基础
第1章导论3
1.1典型游戏团队的结构4
1.1.1工程师5
1.1.2艺术家5
1.1.3游戏设计师6
1.1.4制作人7
1.1.5其他工作人员7
1.1.6发行商及工作室7
1.2游戏是什么8
1.2.1电子游戏作为软实时模拟8
1.3游戏引擎是什么10
1.4不同游戏类型的引擎差异11
1.4.1第一人称射击游戏12
1.4.2平台及其他第三人称游戏13
1.4.3格斗游戏15
1.4.4竞速游戏17
1.4.5实时策略游戏18
1.4.6大型多人在线游戏20
1.4.7玩家创作内容?21
1.4.8其他游戏类型23
1.5游戏引擎概览24
1.5.1雷神之锤引擎家族24
1.5.2虚幻引擎25
1.5.3Source引擎26
1.5.4DICE的寒霜引擎26
1.5.5CryEngine26
1.5.6索尼的PhyreEngine27
1.5.7微软的XNAGameStudio27
1.5.8Unity27
1.5.9供非程序员使用的二维游戏引擎28
1.5.10其他商业引擎29
1.5.11专有内部引擎29
1.5.12开源引擎29
1.6运行时引擎架构30
1.6.1目标硬件32
1.6.2设备驱动程序32
1.6.3操作系统32
1.6.4第三方软件开发包和中间件33
1.6.5平台独立层36
1.6.6核心系统36
1.6.7资源管理器37
1.6.8渲染引擎37
1.6.9剖析和调试工具41
1.6.10碰撞和物理42
1.6.11动画43
1.6.12人体学接口设备44
1.6.13音频45
1.6.14在线多人/网络游戏46
1.6.15游戏性基础系统47
1.6.16个别游戏专用子系统50
1.7工具及资产管道50
1.7.1数字内容创作工具50
1.7.2资产调节管道52
1.7.3世界编辑器54
1.7.4资源数据库55
1.7.5一些构建工具的方法55
第2章专业工具58
2.1版本控制58
2.1.1为何使用版本控制58
2.1.2常见的版本控制系统59
2.1.3Subversion和TortoiseSVN概览60
2.1.4在Google上设置代码版本库61
2.1.5安装TortoiseSVN61
2.1.6文件版本、更新和提交63
2.1.7多人签出、分支及合并64
2.1.8删除66
2.2微软VisualStudio66
2.2.1源文件、头文件及翻译单元67
2.2.2程序库、可执行文件及动态链接库67
2.2.3项目及解决方案68
2.2.4生成配置69
2.2.5调试代码75
2.3剖析工具81
2.3.1剖析器列表83
2.4内存泄漏和损坏检测83
2.5其他工具84
第3章游戏软件工程基础85
3.1重温C++及很好实践85
3.1.1扼要重温面向对象编程85
3.1.2编码标准:为什么及需要多少91
3.1.3C++1192
3.2C/C++的数据、代码及内存99
3.2.1数值表达形式99
3.2.2声明、定义及链接规范109
3.2.3C/C++内存布局115
3.2.4成员变量119
3.2.5对象的内存布局121
3.2.6kilobyte及kibibyte129
3.3捕捉及处理错误129
3.3.1错误类型129
3.3.2错误处理130
3.3.3实现错误检测及处理132
3.4流水线、缓存及优化136
3.4.1并行范式转移136
3.4.2内存缓存137
3.4.3指令流水线及超纯量CPU142
第4章游戏所需的三维数学146
4.1在二维中解决三维问题146
4.2点和矢量146
4.2.1点和笛卡儿坐标147
4.2.2左手坐标系与右手坐标系的比较148
4.2.3矢量149
4.2.4矢量运算150
4.2.5点和矢量的线性插值160
4.3矩阵160
4.3.1矩阵乘法161
4.3.2以矩阵表示点和矢量162
4.3.3单位矩阵163
4.3.4逆矩阵163
4.3.5转置矩阵163
4.3.6齐次坐标164
4.3.7基础变换矩阵165
4.3.84×3矩阵168
4.3.9坐标空间168
4.3.10基的变更171
4.3.11变换法矢量175
4.3.12在内存中存储矩阵175
4.4四元数177
4.4.1把单位四元数视为三维旋转178
4.4.2四元数运算178
4.4.3以四元数旋转矢量180
4.4.4等价的四元数和矩阵181
4.4.5旋转性的线性插值183
4.5比较各种旋转表达方式185
4.5.1欧拉角185
4.5.23×3矩阵186
4.5.3轴角186
4.5.4四元数187
4.5.5SQT变换187
4.5.6对偶四元数188
4.5.7旋转和自由度188
4.6其他数学对象189
4.6.1直线、光线及线段189
4.6.2球体190
4.6.3平面190
4.6.4轴对齐包围盒192
4.6.5定向包围盒193
4.6.6平截头体193
4.6.7凸多面体区域194
4.7硬件加速的SIMD运算194
4.7.1SSE寄存器195
4.7.2__m128数据类型196
4.7.3用SSE内部函数编码197
4.7.4用SSE实现矢量与矩阵的相乘199
4.8产生随机数203
4.8.1线性同余产生器204
4.8.2梅森旋转204
4.8.3所有伪随机数产生器之母及Xorshift205
第II部分底层引擎系统
第5章游戏支持系统209
5.1子系统的启动和终止209
5.1.1C++的静态初始化次序(是不可用的)209
5.1.2行之有效的简单方法212
5.1.3一些实际引擎的例子214
5.2内存管理218
5.2.1优化动态内存分配218
5.2.2内存碎片227
5.3容器231
5.3.1容器操作232
5.3.2迭代器233
5.3.3算法复杂度234
5.3.4建立自定义的容器类236
5.4字符串248
5.4.1字符串的使用问题248
5.4.2字符串类249
5.4.3专享标识符249
5.4.4本地化253
5.5引擎配置263
5.5.1读/写选项263
5.5.2个别用户选项264
5.5.3真实引擎中的配置管理265
第6章资源及文件系统270
6.1文件系统270
6.1.1文件名和路径271
6.1.2基本文件I/O274
6.1.3异步文件I/O277
6.2资源管理器281
6.2.1离线资源管理及工具链281
6.2.2运行时资源管理289
第7章游戏循环及实时模拟305
7.1渲染循环305
7.2游戏循环306
7.2.1简单例子:《乓》306
7.3游戏循环的架构风格308
7.3.1视窗消息泵308
7.3.2回调驱动框架309
7.3.3基于事件的更新311
7.4抽象时间线311
7.4.1真实时间311
7.4.2游戏时间311
7.4.3局部及全局时间线312
7.5测量及处理时间313
7.5.1帧率及时间增量313
7.5.2从帧率到速率314
7.5.3使用高分辨率计时器测量实时时间317
7.5.4时间单位和时钟变量318
7.5.5应对断点321
7.5.6一个简单的时钟类322
7.6多处理器的游戏循环325
7.6.1多处理器游戏机的架构326
7.6.2SIMD331
7.6.3分叉及汇合331
7.6.4每个子系统运行于独立线程333
7.6.5作业模型334
7.6.6异步程序设计334
7.7网络多人游戏循环337
7.7.1主从式模型337
7.7.2点对点模型339
7.7.3案例分析:《雷神之锤II》339
第8章人体学接口设备342
8.1各种人体学接口设备342
8.2人体学接口设备的接口技术344
8.2.1轮询344
8.2.2中断344
8.2.3无线设备345
8.3输入类型345
8.3.1数字式按钮345
8.3.2模拟式轴及按钮347
8.3.3相对性轴348
8.3.4加速计348
8.3.5以Wii遥控器或DualShock做三维定向349
8.3.6摄像机350
8.4输出类型352
8.4.1震动反馈352
8.4.2力反馈353
8.4.3音频353
8.4.4其他输入/输出353
8.5游戏引擎的人体学接口设备系统353
8.5.1典型需求354
8.5.2死区354
8.5.3模拟信号过滤355
8.5.4输入事件检测357
8.5.5为多位玩家管理多个HID364
8.5.6跨平台的HID系统364
8.5.7输入的重新映射366
8.5.8上下文相关控制367
8.5.9禁用输入368
8.6人体学接口设备使用实践368
第9章调试及开发工具370
9.1日志及跟踪370
9.1.1使用OutputDebugString()做格式化输出371
9.1.2冗长级别372
9.1.3频道373
9.1.4把输出同时抄写至日志文件374
9.1.5崩溃报告374
9.2调试用的绘图功能375
9.2.1调试绘图API378
9.3游戏内置菜单382
9.4游戏内置主控台385
9.5调试用摄像机和游戏暂停386
9.6作弊386
9.7屏幕截图及录像387
9.8游戏内置性能剖析387
9.8.1层阶式剖析389
9.8.2导出至Excel394
9.9游戏内置的内存统计和泄漏检测394
第III部分图形、运动与声音
第10章渲染引擎401
10.1采用深度缓冲的三角形光栅化基础401
10.1.1场景描述403
10.1.2描述表面的视觉性质410
10.1.3光照基础423
10.1.4虚拟摄像机432
10.2渲染管道442
10.2.1渲染管道概览443
10.2.2工具阶段444
10.2.3资产调节阶段446
10.2.4GPU简史447
10.2.5GPU管道448
10.2.6可编程着色器452
10.2.7抗锯齿456
10.2.8应用程序阶段459
10.3高级光照及全局光照468
10.3.1基于图像的光照468
10.3.2高动态范围光照472
10.3.3全局光照473
10.3.4延迟渲染479
10.3.5基于物理着色480
10.4视觉效果和覆盖层481
10.4.1粒子效果481
10.4.2贴花482
10.4.3环境效果483
10.4.4覆盖层486
10.4.5伽马校正487
10.4.6全屏后期处理效果488
10.5延伸阅读489
第11章动画系统490
11.1角色动画的类型490
11.1.1赛璐璐动画490
11.1.2刚性层阶式动画491
11.1.3每顶点动画及变形目标492
11.1.4蒙皮动画493
11.1.5把动画方法视为数据压缩技术494
11.2骨骼495
11.2.1骨骼层阶结构496
11.2.2在内存中表示骨骼497
11.3姿势498
11.3.1绑定姿势498
11.3.2局部姿势499
11.3.3全局姿势501
11.4动画片段502
11.4.1局部时间线503
11.4.2全局时间线506
11.4.3比较局部和全局时钟508
11.4.4简单的动画数据格式511
11.4.5连续的通道函数512
11.4.6元通道.513
11.5蒙皮及生成矩阵调色板514
11.5.1每顶点的蒙皮信息515
11.5.2蒙皮涉及的数学知识515
11.6动画混合519
11.6.1线性插值混合519
11.6.2线性插值混合的应用521
11.6.3复杂的线性插值混合526
11.6.4骨骼分部混合529
11.6.5加法混合531
11.6.6加法混合的应用533
11.7后期处理536
11.7.1程序式动画536
11.7.2逆运动学537
11.7.3布娃娃538
11.8压缩技术538
11.8.1通道省略539
11.8.2量化539
11.8.3采样频率及键省略543
11.8.4基于曲线的压缩543
11.8.5选择性载入及串流544
11.9动画系统架构544
11.10动画管道545
11.10.1数据结构546
11.10.2扁平的加权平均混合表示法549
11.10.3混合树552
11.10.4淡入/淡出架构555
11.10.5动画管道的优化557
11.11动作状态机559
11.11.1动画状态559
11.11.2过渡565
11.11.3状态层568
11.11.4控制参数570
11.11.5约束571
11.12动画控制器579
第12章碰撞及刚体动力学580
12.1你想在游戏中加入物理吗580
12.1.1物理系统可以做的事情581
12.1.2物理好玩吗582
12.1.3物理对游戏的影响583
12.2碰撞/物理中间件585
12.2.1I-Collide、SWIFT、V-Collide及RAPID585
12.2.2ODE585
12.2.3Bullet586
12.2.4TrueAxis586
12.2.5PhysX586
12.2.6Havok587
12.2.7PAL587
12.2.8DMM587
12.3碰撞检测系统588
12.3.1可碰撞的实体588
12.3.2碰撞/物理世界589
12.3.3关于形状的概念590
12.3.4碰撞原型592
12.3.5碰撞测试及解析几何596
12.3.6性能优化604
12.3.7碰撞查询606
12.3.8碰撞过滤610
12.4刚体动力学611
12.4.1基础613
12.4.2线性动力学614
12.4.3运动方程求解616
12.4.4数值积分618
12.4.5二维旋转动力学622
12.4.6三维旋转动力学625
12.4.7碰撞响应629
12.4.8约束636
12.4.9控制刚体的运动640
12.4.10碰撞/物理步641
12.5将物理引擎整合至游戏643
12.5.1连接游戏对象和刚体643
12.5.2更新模拟646
12.5.3游戏中碰撞及物理的应用例子649
12.6展望:高级物理功能656
第13章音频658
13.1声音的物理658
13.1.1声波的属性659
13.1.2感知响度及分贝660
13.1.3声波的传播663
13.1.4位置的感知668
13.2声音中的数学知识668
13.2.1信号669
13.2.2处理信号670
13.2.3线性时不变系统671
13.2.4LTI系统的脉冲响应672
13.2.5频域与傅里叶变换677
13.3声音技术685
13.3.1模拟音频技术685
13.3.2数字音频技术690
13.4三维音频渲染696
13.4.1三维声音渲染概览697
13.4.2为音频世界建模698
13.4.3基于距离的衰减698
13.4.4偏移700
13.4.5传播、混响及声学705
13.4.6多普勒频移712
13.5音频引擎架构712
13.5.1音频处理管道714
13.5.2概念及术语714
13.5.3音总线715
13.5.4主控混音器718
13.5.5主控输出总线719
13.5.6实现总线720
13.5.7资产管理722
13.5.8对游戏混音724
13.5.9音频引擎调查727
13.6游戏专用的音频功能730
13.6.1支持切割屏731
13.6.2角色对话732
13.6.3音乐744
第IV部分游戏性
第14章游戏性系统简介747
14.1剖析游戏世界748
14.1.1世界元素748
14.1.2世界组块750
14.1.3高级游戏流程751
14.2实现动态元素:游戏对象752
14.2.1游戏对象模型753
14.2.2工具方的设计和运行时的设计754
14.3数据驱动游戏引擎754
14.4游戏世界编辑器755
14.4.1游戏世界编辑器的典型功能758
14.4.2集成的资产管理工具763
第15章运行时游戏性基础系统766
15.1游戏性基础系统的组件766
15.2各种运行时对象模型架构768
15.2.1以对象为中心的各种架构769
15.2.2以属性为中心的各种架构781
15.3世界组块的数据格式785
15.3.1二进制对象映像786
15.3.2序列化游戏对象描述786
15.3.3生成器及类型架构788
15.4游戏世界的加载和串流792
15.4.1简单的关卡加载792
15.4.2向无缝加载进发:阻隔室792
15.4.3游戏世界的串流794
15.4.4对象生成的内存管理796
15.4.5游戏存档798
15.5对象引用与世界查询799
15.5.1指针799
15.5.2智能指针800
15.5.3句柄802
15.5.4游戏对象查询804
15.6实时更新游戏对象806
15.6.1一个简单(但不可行)的方式807
15.6.2性能及批次式更新809
15.6.3对象及子系统的相互依赖811
15.6.4为并行设计819
15.7事件与消息泵821
15.7.1静态类型的函数绑定带来的问题821
15.7.2把事件封装成对象822
15.7.3事件类型823
15.7.4事件参数824
15.7.5事件处理器826
15.7.6取出事件参数827
15.7.7职责链827
15.7.8登记对事件的关注829
15.7.9要排队还是不要排队830
15.7.10即时传递事件带来的问题835
15.7.11数据驱动事件/消息传递系统836
15.8脚本839
15.8.1运行时与数据定义的对比839
15.8.2编程语言特性839
15.8.3一些常见的游戏脚本语言841
15.8.4脚本所需的架构846
15.8.5运行时游戏脚本语言的功能847
15.9高层次的游戏流程858
第V部分总结
第16章还有更多内容吗863
16.1一些未谈及的引擎系统863
16.1.1影片播放器863
16.1.2多人网络864
16.2游戏性系统864
16.2.1玩家机制864
16.2.2摄像机.864
16.2.3人工智能865
16.2.4其他游戏性系统866
参考文献867
中文索引871
英文索引900