三维图形引擎中的关键技术研究

北方工业大学硕士学位论文三维图形引擎中的关键技术研究姓名：左鲁梅申请学位级别：硕士专业：计算机应用技术指导教师：黄心渊20040528://://://://://://://://://://://://://://://://://://://://://://://://://://://://://三维图形引擎中的关键技术研究作者：左鲁梅学位授予单位：北方工业大学相似文献(10条)1.学位论文樊翠三维游戏引擎的设计及关键技术的实现2006游戏引擎是一个处理游戏底层技术的平台，使用游戏引擎，游戏开发人员可以不用花过多精力去处理系统架构、内存管理、图形渲染等一些底层的技术，可以直接使用引擎提供的API来进行游戏开发，从而大大缩短游戏开发时间。同欧美和韩国相比较，中国国内游戏引擎特别是三维游戏引擎的研发比较落后。为此，在2003年，三维游戏引擎的研究被列入中国国家863发展计划。本论文针对“三维游戏引擎的研究”这一热点课题，做了以下几个方面的工作：1、设计了三维游戏引擎的系统架构。分别对三维游戏引擎的功能设计、引擎模块调用关系的设计、引擎线程的设计和引擎的安全性和易开发性相关模块的设计做了详细的论述。2、为了提高游戏开发者们的效率和游戏引擎的高隐藏性，本文设计和实现了游戏引擎的场景接口。3、深入研究了D3D的图形渲染管道，并对图形渲染系统作了总体设计，包括对类Camera、ViewPort、RenderTarget和RenderSystem的设计，同时对渲染系统的主要模块(纹理渲染和模型渲染)作了详细的设计。4、通过LOD算法、多层纹理映射技术、光照贴图和光线跟踪等技术的联合应用，实现了适用于三维游戏的真实感地形，并通过雾对地形渲染的材质数量做了优化，使得渲染速度更快。5、通过研究基于层次包围盒的碰撞检测问题，实现了一种改进的适用于三维游戏的碰撞检测算法，并解决了游戏中的人物上斜坡实际问题即人物与斜坡的碰撞检测问题。2.学位论文陈凯三维游戏引擎的设计与实现2007本文简单介绍了三维游戏引擎国内外的发展现状，同时针对自主开发的游戏引擎一CAP引擎的整体构架及其核心模块的设计与实现作了详细分析。该引擎是一款基于Windows和DirectX的游戏引擎，主要用于小型网络游戏和休闲类游戏开发。引擎包括渲染器、场景管理、内存管理、特效、GUI、音效、动画、输入输出、网络、AI等模块。同时，引擎还提供了GUI编辑器、特效编辑器、动画浏览器等辅助开发工具提高游戏开发效率。CAP引擎中的关键技术包括：场景图、优化的渲染队列、基于脚本的材质管理、基于引用计数的内存管理、蒙皮骨骼动画、基于脚本的粒子特效、关键帧特效、基于脚本的GUI系统和三维音效。本文先描述了游戏引擎的国内外现状，接着分析了CAP引擎的架构及其核心模块的设计与实现。3.学位论文郭宇自适应细分在位移映射中的应用与研究2005位移映射是最近比较流行的一种用于表现物体表面细节的模型特效。由于传统凹凸映射只是单纯对模型表面作贴图处理，“立体感”并不逼真，很难对表面细节加以显示。而位移映射改变了网格本身的几何信息和拓扑信息，配合光影效果渲染可以更加逼真的展现物体表面的凹凸细节，使场景和物体更具有真实感。　　本文针对三维游戏展现细致物体表面的需要，提出一种快速自适应网格细分算法，并运用该算法实现位移映射表示物体表面的凹凸纹理细节。本文首先对表现物体表面细节的三维真实感图形的三种不同技术——纹理映射、凹凸映射和位移映射分别进行了介绍，并详细描述了位移映射的实现原理和过程；其次对自适应细分算法进行了研究，基于三角网格提出了自适应Loop细分算法的一种新的实现方法；最后将该自适应细分方法用于位移映射技术，并在三维游戏引擎中进行了实现，文章还对渲染技术进行了一定探讨。在自适应细分算法的实现上，本文提出一种基于面的二-四叉树的数据结构，用类似Red-Green三角形法的方法来解决Crack现象，和采用Mask、虚拟点技术来计算新分裂点的几何位置，在空间复杂度、时间复杂度上取得平衡，用较少的空间冗余换取了计算的简化，且能快捷的实现由高层细分向底层细分的回溯，快速的实现了不同视角的三维构建。　　本文提出的方法较好地实现了具有丰富表面细节模型的凹凸真实感，并较好的解决了图形细化中场景大、复杂度高、硬件空间占用大、运行时间等问题，能够很好地满足三维游戏中对场景、物体高逼真表面细节的要求及快速生成和渲染。本文提出的方法可以应用在三维游戏引擎中，并有较好的应用前景。4.学位论文王树军三维游戏引擎中物理引擎关键技术的研究2007游戏引擎是一个处理游戏底层技术的平台。使用游戏引擎，游戏开发人员可以集中精力处理游戏的设计，忽略游戏的系统架构、内存管理、图形图像的渲染绘制、物理碰撞检测等一些底层技术。物理引擎是游戏引擎中的子模块，它根据牛顿力学定律，计算游戏中物体的合理的物理位置，并将计算结果提供给渲染引擎，从而向使用者展示出真实性的渲染效果。物理引擎的核心是碰撞检测算法。本文对开源游戏引擎Nebula2进行深入研究，分析其系统架构及主要模块功能作用；并对开源的物理引擎ODE进行分析；研究常用的碰撞检测算法：AABB、OBB、k-dop等，进而在游戏引擎以及物理引擎技术方面做了一些有益的研究。⑴.分析了对比几种常用碰撞检测算法：AABB、OBB、k-dop，在此基础上，对AABB算法进行了改进，提高了其碰撞检测的效率。⑵.构建了通用游戏引擎的架构；参考现有的开源游戏引擎Nebula2，根据分层思想，自底向上搭建了通用游戏引擎系统的架构，并设计各层的基本模块；归纳物理引擎的功能，在此基础上设计了具备刚体和柔体的统一物理引擎的基本架构。⑶.设计了一个柔性物体物理模型；在研究常用的水面模拟方法和布料模拟方法的基础上，建立质子-刚性杆的物理模型，用来进行水面和布料的模拟；并以此为柔体世界的基本模型，完成了统一物理引擎的详细设计。5.期刊论文左鲁梅.黄心渊纹理映射技术在三维游戏引擎中的应用-计算机仿真2004,21(10)游戏引擎是游戏的心脏,它在后台控制着游戏中各个模块同时有序的工作,渲染模块是游戏引擎中最复杂,也是最能体现游戏效果的模块.纹理映射技术的应用能增强场景绘制的真实感并能提高场景的渲染速度.该文是对三维游戏引擎中的渲染模块的初步研究,首先介绍了三维游戏引擎系统以及纹理映射技术,使用OpenGL图形库实现了大环境天空盒、三维地形的贴图效果、并加入了地面建筑物,再现了真实的三维场景.介绍了纹理映射技术在三维游戏引擎中的应用及作用.6.学位论文吴海宾手机三维游戏引擎研究与实现2006手机游戏市场的需求渐渐从2D过渡到3D，但是由于占市场大份额的中低档手机处理器性能的限制，目前很少有能在中低档手机运行的3D游戏，因此在这些手机上研究并开发3D引擎将具有广阔的市场。嵌入式3D游戏引擎就是处理运行在嵌入式设备上的3D游戏的底层技术平台，它为游戏开发者提供了一套核心的、可复用的代码和系列工具。目前，3D游戏通常运行的嵌入式设备主要包括：高性能手机、高端PDA(PersonalDigitalAssistant)、GameBoy等。嵌入式3D游戏引擎技术的出现是嵌入式3D游戏程序设计发展的里程碑之一，它也是软件工程、专业化分工和游戏产品的独特文化性要求在游戏开发中的综合体现。游戏引擎是软件工程中的软件复用思想在游戏开发中的表现形式之一。它把游戏中最常见、最核心的功能进行集成，形成通用的框架平台。这样，在进行具体的游戏产品开发时，游戏编程人员就不需要从头做起，而是可以直接调用游戏引擎提供的强大功能，在短时间内高质量地开发出新游戏，适应游戏产业的激烈市场竞争。游戏引擎也促使游戏编程人员进行更为专业化的分工。游戏往往受限于硬件性能，尤其是运行在嵌入式设备上的3D游戏，因此游戏往往要追求高效率和高性能，这对游戏开发人员提出了很高的要求。这种高要求产生了更专业的分工，一部分高水平的开发人员从事性能要求很高的游戏引擎的开发，而一般水平的开发人员则利用引擎进行具体游戏产品的开发。游戏产品的核心特点是创意和可玩性。这就使得游戏的开发要变得比较容易和简单，使得不懂编程的游戏创作人员也能快速的实现他们的创意。这也是促进游戏引擎发展的一个方面。本文较全面地介绍了3D游戏引擎的主要内容和基础理论，而研究的重点是放在游戏引擎的核心部分室外图形渲染引擎和碰撞检测。实现了一个简单的手机3D游戏引擎。7.学位论文赵璐面向对象编程在三维游戏引擎开发中的应用2004游戏引擎是制作游戏的主要技术工具，游戏引擎实通常包括3部分，内容编辑工具，运行时的核心代码，游戏逻辑。其中内容编辑工具主要用来设计游戏关卡，编辑游戏内容，建模，贴图和管理音效等。运行时的核心代码是指游戏在运行时与操作系统相交互的代码，主要用来管理计算机资源(如：CPU的计算能力，内存和硬盘的储存能力)，渲染场景，管理用户的输入和碰撞检测。游戏逻辑，即游戏的进行流程，是指对AIScript的解释，得分等。通常说的SDK指的就是这部分内容。可以说引擎是计算机互动技术的一种整合和集成方式。UML是一个图形建模的工具箱，它主要是用在软件设计上的，已经有众多采用UML来设计大型软件系统成功的案例，现在最流行UML工具是TogetherControlCenter和RationalRose。UML和软件工程思想的引入可以为游戏引擎开发起到巨大作用。本文通过将面向对象理论和实际的三维游戏引擎开发相结合，提供了一条提高游戏引擎开发质量的方法。通过将RationalRose，这种具体实现了UML软件工程思想的快速开发工具，引入游戏业，也使得在预算不高的情况下，实施软件工程成为可能。在论文的附件中，也有一个根据本文的方法实现的一个小型游戏引擎模型。充分证明了面向对象编程和软件工程的思想在游戏引擎的开发中可以大有作为。8.学位论文陈忻Flash三维游戏开发探索2008一九九八年，第一款网络游戏“石器时代”登台亮相。它的出现立刻受到众多网民的青睐。形形色色的网络游戏因此如雨后春笋般涌出，网络游戏事业如火如荼、蒸蒸日上。网络游戏的出现，吸引了国内外一大批人员前来研究。如何营造美轮美奂的游戏场景，提供给玩家良好的互动感和沉浸感，一时成为了热门话题。游戏场景营建，一种比较流行的技术就是三维实时渲染技术。该技术制作的游戏，场景绚丽，人物也个性化。但目前的三维实时渲染游戏引擎，普遍使用C++语言开发，开发的周期较长，客户端比