C++游戏编程:创建3D游戏

第 1章 游戏编程概述 1

1.1 设置开发环境 1

1.1.1 Microsoft Windows 1

1.1.2 Apple macOS 2

1.2 获取本书的源代码 2

1.3 C 标准库以外的程序库 2

1.4 游戏循环和Game类 3

1.4.1 关于“帧”的详解 3

1.4.2 实现一个骨骼Game类 5

1.4.3 Main函数 8

1.4.4 基本输入处理 9

1.5 基本的2D图形 11

1.5.1 颜色缓冲区 12

1.5.2 双缓冲区 13

1.5.3 实现基本的2D图形 15

1.5.4 绘制墙壁、一个球和一支球拍 17

1.6 更新游戏 19

1.6.1 真实时间和游戏时间 19

1.6.2 根据增量时间的游戏逻辑 19

1.6.3 更新球拍的位置 21

1.6.4 更新球的位置 22

1.7 游戏项目 25

1.8 总结 25

1.9 补充阅读材料 25

1.10 练习题 26

1.10.1 练习题1 26

1.10.2 练习题2 26

第 2章 游戏对象和2D图形 27

2.1 游戏对象 27

2.1.1 游戏对象的类型 27

2.1.2 游戏对象模型 28

2.1.3 将游戏对象融入游戏循环中 32

2.2 精灵 34

2.2.1 加载图像文件 34

2.2.2 绘制精灵 36

2.2.3 动画精灵 39

2.3 滚动背景 41

2.4 游戏项目 43

2.5 总结 44

2.6 补充阅读材料 45

2.7 练习题 45

2.7.1 练习题1 45

2.7.2 练习题2 45

2.7.3 练习题3 46

第3章 向量和基础物理 47

3.1 向量 47

3.1.1 获得两点之间的向量：减法 48

3.1.2 向量缩放：标量乘法 49

3.1.3 合并两个向量：加法 49

3.1.4 确定距离：长度 50

3.1.5 确定方向：单位向量和标准化 51

3.1.6 将角度转换为前向向量 52

3.1.7 将前向向量转换为角度：反正切 52

3.1.8 确定两个向量之间的角度：点积 53

3.1.9 计算法线：叉积 54

3.2 基本运动 56

3.2.1 创建一个BasicMoveComponent类 56

3.2.2 创建一个InputComponent类 59

3.3 牛顿物理学 62

3.3.1 线性力学概述 62

3.3.2 用欧拉积分计算位置 63

3.3.3 关于可变步长的问题 63

3.4 基本碰撞检测 64

3.4.1 圆与圆的交集 64

3.4.2 创建一个CircleComponent子类 65

3.5 游戏项目 66

3.6 总结 68

3.7 补充阅读材料 68

3.8 练习题 68

3.8.1 练习题1 69

3.8.2 练习题2 69

3.8.3 练习题3 70

第4章 人工智能 71

4.1 状态机行为 71

4.1.1 设计状态机 71

4.1.2 基本状态机的实现 72

4.1.3 以类表示的状态 73

4.2 寻路 76

4.2.1 图形 77

4.2.2 广度优先搜索 78

4.2.3 heuristics函数 81

4.2.4 贪婪*佳优先搜索 83

4.2.5 A*搜索 87

4.2.6 迪杰斯特拉算法 89

4.2.7 跟随路径 90

4.2.8 其他图形表示法 91

4.3 游戏树 92

4.3.1 极大极小算法 93

4.3.2 处理不完整的游戏树 95

4.3.3 α-β剪枝算法 96

4.4 游戏项目 98

4.5 总结 99

4.6 补充阅读材料 100

4.7 练习题 100

4.7.1 练习题1 100

4.7.2 练习题2 101

第5章 开放图形库（OpenGL） 102

5.1 初始化OpenGL 102

5.1.1 设置OpenGL窗口 102

5.1.2 OpenGL上下文和初始化GLEW 104

5.1.3 渲染帧 105

5.2 三角形基础 105

5.2.1 为何选择多边形 105

5.2.2 标准化设备坐标 106

5.2.3 顶点和索引缓冲区 106

5.3 着色器 110

5.3.1 顶点着色器 111

5.3.2 片段着色器 111

5.3.3 编写基本着色器 111

5.3.4 加载着色器 113

5.3.5 绘制三角形 117

5.4 变换基础 119

5.4.1 对象空间 120

5.4.2 世界空间 120

5.4.3 变换为世界空间 121

5.5 矩阵与变换 124

5.5.1 矩阵乘法 124

5.5.2 使用矩阵来变换点 124

5.5.3 变换为世界空间，再现 126

5.5.4 将世界变换添加到Actor类 128

5.5.5 从世界空间变换到剪辑空间 130

5.5.6 更新着色器以使用变换矩阵 131

5.6 纹理映射 135

5.6.1 加载纹理 136

5.6.2 更新顶点格式 139

5.6.3 更新着色器 140

5.6.4 Alpha混合 143

5.7 游戏项目 145

5.8 总结 145

5.9 补充阅读材料 146

5.10 练习题 146

5.10.1 练习题1 146

5.10.2 练习题2 146

第6章 3D图形 147

6.1 3D中的Actor变换 147

6.1.1 3D变换矩阵 147

6.1.2 欧拉角 148

6.1.3 四元数 149

6.1.4 运行中新的Actor变换 151

6.2 加载3D模型 152

6.2.1 选择网格模型格式 153

6.2.2 更新顶点属性 155

6.2.3 加载gpmesh文件 156

6.3 绘制3D网格 157

6.3.1 变换到剪辑空间，重访 158

6.3.2 走出画家算法，进入Z缓冲 161

6.3.3 BasicMesh着色器 164

6.3.4 MeshComponent类 164

6.4 光照 167

6.4.1 再访顶点属性 167

6.4.2 光照的类型 167

6.4.3 Phong反射模型 169

6.4.4 实现光照 171

6.5 游戏项目 175

6.6 总结 175

6.7 补充阅读材料 176

6.8 练习题 176

6.8.1 练习题1 176

6.8.2 练习题2 177

第7章 音频 178

7.1 引导音频 178

7.1.1 FMOD 179

7.1.2 安装FMOD软件 179

7.1.3 创建一个音频系统 180

7.1.4 储存库和事件 182

7.1.5 SoundEvent类 185

7.2 3D位置音频 188

7.2.1 设置基本侦听器 189

7.2.2 向SoundEvent类添加位置功能 191

7.2.3 创建AudioComponent类，使角色和声音事件相关联 192

7.2.4 第三人称游戏中的侦听器 193

7.2.5 多普勒效应 194

7.3 混合和效果 195

7.3.1 总线 196

7.3.2 快照 196

7.3.3 阻塞 197

7.4 游戏项目 198

7.5 总结 198

7.6 补充阅读材料 199

7.7 练习题 199

7.7.1 练习题1 199

7.7.2 练习题2 199

第8章 输入系统 200

8.1 输入设备 200

8.1.1 轮询 200

8.1.2 正沿和负沿 201

8.1.3 事件 203

8.1.4 基本InputSystem架构 203

8.2 键盘输入 205

8.3 鼠标输入 208

8.3.1 鼠标按键和鼠标位置 208

8.3.2 相对移动 210

8.3.3 鼠标滚动轮 211

8.4 控制器输入 212

8.4.1 启用单一控制器 212

8.4.2 按键 213

8.4.3 模拟摇杆和扳机 215

8.4.4 过滤二维中的模拟摇杆 217

8.4.5 支持多个控制器 219

8.5 输入映射 220

8.6 游戏项目 221

8.7 总结 222

8.8 补充阅读材料 223

8.9 练习题 223

8.9.1 练习题1 223

8.9.2 练习题2 223

第9章 相机 224

9.1 第 一人称相机 224

9.1.1 基本的第 一人称移动 224

9.1.2 无俯仰角度的相机 226

9.1.3 加入俯仰角度的相机 226

9.1.4 第 一人称模型 228

9.2 跟拍相机 229

9.2.1 基本跟拍相机 229

9.2.2 添加弹簧 231

9.3 轨道相机 233

9.4 样条曲线相机 236

9.5 逆投影 239

9.6 游戏项目 241

9.7 总结 242

9.8 补充阅读材料 242

9.9 练习题 242

9.9.1 练习题1 243

9.9.2 练习题2 243

第 10章 碰撞检测 244

10.1 几何（体）类型 244

10.1.1 线段 244

10.1.2 平面 247

10.1.3 包围体 248

10.2 相交测试 252

10.2.1 包含点测试 252

10.2.2 包围框测试 254

10.2.3 线段相交测试 257

10.2.4 动态对象 263

10.3 向游戏代码添加碰撞 265

10.3.1 BoxComponent类 266

10.3.2 PhysWorld类 267

10.3.3 使用SegmentCast函数的球弹碰撞检测 269

10.3.4 在PhysWorld类中测试BoxComponent组件间碰撞 270

10.3.5 玩家与墙壁的碰撞检测 272

10.4 游戏项目 274

10.5 总结 275

10.6 补充阅读材料 276

10.7 练习题 276

10.7.1 练习题1 276

10.7.2 练习题2 277

10.7.3 练习题3 277

第 11章 用户界面 278

11.1 字体渲染 278

11.2 用户界面屏幕 281

11.2.1 用户界面屏幕栈 282

11.2.2 暂停菜单 284

11.2.3 按钮 286

11.2.4 对话框 289

11.3 平视显示器元素 291

11.3.1 添加十字准线 291

11.3.2 添加雷达 293

11.4 本地化 296

11.4.1 使用Unicode 297

11.4.2 添加文本映射 297

11.4.3 其他本地化问题 299

11.5 支持多个分辨率 300

11.6 游戏项目 300

11.7 总结 301

11.8 补充阅读材料 301

11.9 练习题 302

11.9.1 练习题1 302

11.9.2 练习题2 302

11.9.3 练习题3 302

第 12章 骨骼动画 303

12.1 骨骼动画的基础 303

12.1.1 骨架和姿势 304

12.1.2 反向绑定姿势矩阵 307

12.1.3 动画数据 307

12.1.4 蒙皮 308

12.2 实现骨骼动画 309

12.2.1 使用带有骨骼蒙皮的顶点属性进行绘制 310

12.2.2 加载骨架数据 314

12.2.3 加载动画数据 315

12.2.4 蒙皮顶点着色器程序 319

12.2.5 更新动画 321

12.3 游戏项目 323

12.4 总结 324

12.5 补充阅读材料 325

12.6 练习题 325

12.6.1 练习题1 325

12.6.2 练习题2 325

第 13章 中间图形 327

13.1 提高纹理质量 327

13.1.1 纹理采样、再访 328

13.1.2 纹理分级细化 330

13.1.3 各向异性过滤 331

13.2 向纹理进行渲染 332

13.2.1 创建纹理 333

13.2.2 创建一个Framebuffer对象 333

13.2.3 渲染到Framebuffer对象 335

13.2.4 在HUD中绘制后视镜纹理 337

13.3 延迟着色 338

13.3.1 创建G-Buffer类 339

13.3.2 写入G缓冲区 342

13.3.3 全局光照 344

13.3.4 添加点光源 348

13.3.5 改进和问题 353

13.4 游戏项目 354

13.5 总结 354

13.6 补充阅读材料 354

13.7 练习题 355

13.7.1 练习题1 355

13.7.2 练习题2 355

第 14章 级别文件和二进制数据 357

14.1 级别文件加载 357

14.1.1 加载游戏的全局属性 358

14.1.2 加载角色 362

14.1.3 加载组件 366

14.2 保存级别文件 370

14.2.1 保存级别文件的全局属性 371

14.2.2 保存级别文件的角色和组件 372

14.3 二进制数据 374

14.3.1 保存二进制文件 375

14.3.2 加载二进制的网格文件 377

14.4 游戏项目 379

14.5 总结 380

14.6 补充阅读材料 381

14.7 练习题 381

14.7.1 练习题1 381

14.7.2 练习题2 382

附录A 中级C 回顾 383