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3D游戏渲染引擎的设计与实现

作　者: 于克宁
导　师: 杨晓晖
学　校: 北京交通大学
专　业: 软件工程
关键词: 3D游戏游戏引擎渲染器架构
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 155次
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内容摘要

3D游戏引擎是3D游戏的技术核心,它在计算机图形学知识的基础上,充分利用计算机的软硬件平台,使3D游戏的开发更加高效快捷。游戏开发人员在游戏引擎的支撑下,可以只需关注游戏的逻辑实现,从而大大降低游戏开发的成本。因此游戏引擎的好坏直接关系到一款游戏的成败。现在游戏引擎除了国际上知名的外,并没有形成很好的开发环境,而国内在游戏引擎方面也没有很多的核心技术。本人在充分学习现有引进的游戏引擎技术的基础上,主要探讨了游戏引擎中的3D渲染部分,建立了一款基于DirectX的游戏渲染引擎模型,并利用该渲染引擎实现了对地形、模型以及特效的渲染。首先本人在介绍3D游戏渲染引擎相关的知识的同时,综合运用面向对象的思想和方法,在DirectX的基础上架构和实现了一款3D游戏渲染引擎。该渲染引擎包括场景管理、地形管理、模型动画、特效管理等几个重要部分；对于各个子模块本人给了详细的架构图并对子模块中使用的技术进行了相应的介绍,例如在地形管理模块,使用高度图描述地形生成的算法和地形分块处理的算法；在场景管理中,使用场景裁剪的算法,裁剪掉视口外的模型,减少场景渲染数量,提高引擎渲染的效率；在特效模块本文给出了特效模块整体的架构图,并且给出了特效部分粒子系统、雾化效果、公告板技术等各个子模块设计的详细流程图；在模型动画模块给出了骨架层次结构以及动画生成的方法。其次本人在设计框架的基础上,给出了引擎各个子系统具体实现的方法；其中包含该引擎各个子系统具体类图以及类与类之间的关系图,并对部分类的数据结构进行了必要的说明,对各个子系统主要的实现函数的功能进行了相应的说明。对各个子模块,本文展示了本引擎在利用商业模块渲染后的效果图。最后本人分析了该渲染引擎各个方面的性能,并且与商业使用的游戏引擎渲染部分进行了对比,提供了一组比对的数据,说明了优化的方向。

全文目录

致谢  5-6
中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-12
1 引言  12-15
  1.1 3D游戏引擎技术的背景  12
  1.2 国内外的发展概况  12-14
  1.3 本文研究的意义及内容  14-15
2 3D渲染引擎相关背景技术  15-27
  2.1 计算机图形学相关知识  15-18
    2.1.1 计算机图形学相关知识概述  15
    2.1.2 三维坐标系统  15-17
    2.1.3 空间变换  17-18
  2.2 DirectX相关技术知识  18-19
    2.2.1 概述  18-19
    2.2.2 Direct3D初始化  19
  2.3 3D场景相关知识  19-26
    2.3.1 构造3D场景  19-20
    2.3.2 场景中的材质和灯光  20-22
    2.3.3 三维场景中的纹理  22-23
    2.3.4 三维场景中的模型文件  23-24
    2.3.5 三维场景的裁剪  24-25
    2.3.6 场景中雾化原理  25-26
  2.4 本章小结  26-27
3 3D游戏渲染引擎设计  27-44
  3.1 3D游戏渲染引擎的整体架构  27-28
    3.1.1 3D游戏渲染引擎设计架构图  27
    3.1.2 渲染引擎的基本模块  27-28
  3.2 场景管理  28-32
    3.2.1 场景图及场景模型加载  28-29
    3.2.2 场景裁剪  29-30
    3.2.3 摄像机  30-31
    3.2.4 虚拟角色  31-32
  3.3 地形管理  32-36
    3.3.1 地形技术与3D引擎  32
    3.3.2 高度图  32-33
    3.3.3 地形渲染与裁剪  33-35
    3.3.4 地形裂痕处理  35-36
  3.4 模型动画  36-39
    3.4.1 骨架  36-37
    3.4.2 骨骼动画  37-38
    3.4.3 模型加载  38-39
  3.5 特效模块  39-43
    3.5.1 特效模块动能需求  39-40
    3.5.2 特效模块设计  40-43
  3.6 渲染引擎支持模块  43
    3.6.1 模块功能需求  43
    3.6.2 模块函数设计  43
  3.7 本章小结  43-44
4 3D游戏渲染引擎实现  44-58
  4.1 场景支持部分的实现  44-46
    4.1.1 场景支持部分数据结构  44-45
    4.1.2 实现的主要功能函数  45-46
  4.2 场景管理  46-49
    4.2.1 摄像机数据结构  46-47
    4.2.2 摄像机实现的主要功能函数  47
    4.2.3 天空盒  47-48
    4.2.4 虚拟角色  48-49
  4.3 地形管理子系统  49-51
    4.3.1 地形管理类图  49-50
    4.3.2 地形管理主要实现函数  50-51
  4.4 粒子效果模块  51-54
    4.4.1 粒子效果模块结构类图  52-53
    4.4.2 粒子效果模块主要函数  53-54
  4.5 公告板模块  54-55
    4.5.1 公告板模块结构类图  54-55
    4.5.2 公告板模块主要函数  55
  4.6 模型动画  55-57
    4.6.1 模型动画数据  56
    4.6.2 模型动画模块主要函数  56-57
  4.7 本章小结  57-58
5 3D游戏渲染引擎性能分析与优化  58-60
  5.1 3D渲染引擎性能分析  58-59
  5.2 3D渲染引擎优化方向  59-60
6 总结与展望  60-61
  6.1 论文总结  60
  6.2 展望  60-61
参考文献  61-62
作者简历  62-64
学位论文数据集  64

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