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3D游戏引擎的设计与实现

2020-12-09阅读(611)

3D游戏引擎的设计与实现

论文摘要

3D游戏引擎是3D游戏设计的核心技术,它充分使用了计算机的各种软硬件资源,使3D游戏设计变得更加快捷高效。由于使用了引擎,使得游戏开发人员只需专注于游戏的逻辑实现,而具体怎么使用计算机来模拟游戏世界则交由引擎来实现,从而大大降低了游戏开发成本。同样游戏引擎开发也是游戏开发过程中技术积累的最佳方式,是设计游戏的必要步骤,具有十分重要的意义。本设计采用了面向对象的程序设计方法,主要实现了五个部分的功能：引擎控制、图形渲染、资源管理、输入管理以及部分场景元素的实现。引擎控制部分负责整个引擎的初始化、内部管理、以及资源回收。它既是用户使用引擎的入口,也管理引擎所有的子功能模块。图形处理模块负责3D游戏中所有3D和2D图形的处理。为了高效管理大量的3D图元,在深入研究计算机硬件结构的基础上,本设计对渲染数据进行了重新组织,从而使其更适合于计算机硬件处理。资源管模块则通过对各种资源进行分类,并提供相应的管理器,使得用户可以方便地管理开发过程中使用的各种资源。同时,很多游戏要求对玩家的输入消息进行快速的响应,而传统基于Windows消息机制的输入管理,不能满足这一要求。因此本设计使用了DirectX的DInput组件来实现用户输入数据的快速处理。最后结合室外场景模拟的相关理论,还实现了室外地形、天空、水等自然元素的模拟,从而进一步丰富了引擎的功能。本文以当前国内外3D游戏引擎研究现状为基础,深入研究了3D游戏引擎开发过程中所使用的相关技术和理论。在总体设计部分,首先描述了3D游戏引擎的功能需求,并对整个系统进行了功能模块的划分,同时对这些模块的具体功能进行了详细描述。在详细设计部分,分别对各个功能模块的具体实现进行了阐述。同时,本文还以一个具体应用为例演示了如何配置引擎使用的环境,和引擎的具体使用方法。最后对设计所完成的工作进行了总结,同时描述了设计过程中存在的问题及日后需完善的地方。

论文目录

  • 摘要
  • Abstract
  • 第1章 绪论
  • 1.1 课题研究的背景及国内外现状
  • 1.1.1 什么是游戏引擎
  • 1.1.2 国内外研究现状
  • 1.2 课题研究的意义
  • 1.3 课题解决的主要问题
  • 1.4 论文的组织结构
  • 第2章 相关理论和技术
  • 2.1 3D图形处理流水线
  • 2.1.1 3D图形流水线的数学原理
  • 2.1.2 3D渲染固定流水线
  • 2.2 LOD技术
  • 2.3 DirectX技术
  • 2.3.1 什么是DirectX
  • 2.3.2 DirectX的组件说明
  • 2.3.3 DirectX9.0中资源管理
  • 2.4. X文件介绍
  • 第3章 引擎总体设计
  • 3.1 系统功能需求
  • 3.2 系统架构
  • 3.3 数据处理流程
  • 3.4 引擎控制器设计
  • 3.5 图形管理模块设计
  • 3.5.1 功能说明
  • 3.5.2 组织结构
  • 3.5.3 对外接口
  • 3.5.4 数据结构说明
  • 3.5.5 相关算法原理
  • 3.6 资源管理模块设计
  • 3.6.1 功能说明
  • 3.6.2 组织结构
  • 3.6.3 对外接口
  • 3.6.4 数据结构说明
  • 3.7 输入管理模块设计
  • 3.7.1 功能说明
  • 3.7.2 组织结构
  • 3.7.3 对外接口
  • 3.7.4 数据结构说明
  • 3.7.5 相关算法原理
  • 3.8 场景元素模块设计
  • 3.8.1 功能说明
  • 3.8.2 组织结构
  • 3.8.3 对外接口
  • 3.8.4 数据结构说明
  • 3.8.5 相关算法原理
  • 3.9 引擎的日志
  • 3.10 本章小结
  • 第4章 引擎详细设计
  • 4.1 引擎控制器
  • 4.1.1 引擎的初始化
  • 4.1.2 管理器接口的维护
  • 4.1.3 引擎的资源回收
  • 4.2 图形管理模块
  • 4.2.1 渲染器
  • 4.2.2 顶点几何数据的管理
  • 4.2.3 摄像机管理
  • 4.3 资源管理模块
  • 4.3.1 材质、纹理资源的管理
  • 4.3.2 模型资源的管理
  • 4.4 输入管理模块
  • 4.4.1 输入模块管理器的实现
  • 4.4.2 输入设备的实现
  • 4.4.3 场景中的鼠标拾取的实现
  • 4.5 场景元素的实现
  • 4.5.1 室外地形的实现
  • 4.5.2 天空的实现
  • 4.5.3 水的实现
  • 4.5.4 粒子系统的实现
  • 4.6 本章小结
  • 第5章 引擎的使用和功能测试
  • 5.1 使用说明
  • 5.1.1 基于DirectX的开发环境设置
  • 5.1.2 RTEngine功能文件说明
  • 5.1.3 使用RTEngine构建3D游戏开发环境
  • 5.2 功能测试
  • 5.2.1 基本功能测试
  • 5.2.2 基于RTEngine的场景编辑器介绍
  • 结论
  • 致谢
  • 参考文献
  • 附录1 图形处理模块相关接口和数据结构的定义
  • 附录2 资源处理模块相关接口和数据结构的定义
  • 附录3 输入管理模块相关接口和数据结构的定义
  • 附录4 场景元素模块中的接口和数据结构的定义
  • 攻读硕士学位期间发表的论文

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