基于DirectX的3D图形引擎的设计和实现

论文摘要

随着计算机图形学在CAD/CAM/CAE、虚拟现实、三维模拟等领域中得到越来越广泛的应用,如何快速开发高效三维应用程序受到了越来越多的重视。3D图形引擎是解决三维图形应用程序开发效率的有效途径。DirectX是微软公司专门为游戏开发的API,目前Windows中大多数游戏引擎都以DirectX为API。将DirectX应用于专业图形领域是一个新的尝试。本文阐述了运用计算机图形学理论和面向对象程序设计方法,基于DirectX设计并实现针对CAD/CAM/CAE软件开发的3D图形引擎的全过程。主要内容如下:1.对3D图形引擎开发中常用的技术和功能划分进行了研究和总结,并对国内外3D图形引擎的现状和发展作了比较深入的探讨;2.分析并比较了OpenGL和DirectX的相关技术特点。结合三维图形的一般显示流程研究了Direct3D的渲染流程和基于Direct3D的图形程序开发技术,设计了图形引擎的功能模块、接口和运行流程;3.研究了3D图形引擎中的设备选取、窗口创建及消息处理、相机设置及其交互控制、灯光和材质、基于Direct3D的即时绘制模式等关键技术。采用DirectX9.0设计并实现了3D图形引擎GE3D,并将该引擎应用到图形程序CAXBASE和可视化插件开发中,实践表明,该图形引擎基本能够符合3D图形应用程序开发需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 3D 图形引擎技术简介
• 1.3 国内外图形引擎技术的研究现状
• 1.4 选题依据及章节安排
• 1.4.1 选题依据
• 1.4.2 章节安排
• 第二章 3D 图形引擎开发技术基础
• 2.1 引言
• 2.2 开放图形编程接口
• 2.2.1 OpenGL
• 2.2.2 DirectX
• 2.3 Direct3D 概述
• 2.3.1 Direct3D 简介
• 2.3.2 Direct3D 设备
• 2.3.3 COM 技术
• 2.4 Direct3D 的初始化
• 2.4.1 获得 IDirect3D9 接口
• 2.4.2 检测设备能力
• 2.4.3 创建 IDirect3DDevice9 对象
• 2.5 Direct3D 中的渲染流水线
• 2.5.1 基本几何变换
• 2.5.2 世界变换
• 2.5.3 观察变换
• 2.5.4 背面剔除
• 2.5.5 光照和材质
• 2.5.6 裁剪
• 2.5.7 投影变换
• 2.5.8 视口变换
• 2.5.9 光栅化
• 2.6 Direct3D 中的图形绘制
• 2.6.1 创建顶点/索引缓冲区
• 2.6.2 着色模式
• 2.6.3 绘制准备
• 2.6.4 开始绘制
• 2.6.5 呈现场景
• 2.7 本章小结
• 第三章 3D 图形引擎的总体设计
• 3.1 引言
• 3.2 图形引擎的设计方法
• 3.3 图形引擎的模块划分
• 3.4 图形引擎的接口设计
• 3.5 图形引擎的流程设计
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于 Direct3D 的图形引擎开发
• 4.1 引言
• 4.2 软硬件平台的选择
• 4.2.1 硬件平台的选择
• 4.2.2 软件平台的选择
• 4.3 主要类与数据结构
• 4.3.1 引擎中的主要数据结构
• 4.3.2 引擎中的主要类
• 4.4 引擎的类图
• 4.5 图形引擎的实现
• 4.5.1 窗口创建及消息处理
• 4.5.2 Direct3D 设备选取及其初始化
• 4.5.3 相机设置及其交互控制
• 4.5.4 光照与材质
• 4.5.5 文字显示
• 4.5.6 渲染模块的实现
• 4.6 图形引擎提供的接口
• 4.7 应用实例和性能分析
• 4.8 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 5.1 全文总结
• 5.2 研究展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文情况