【硕士论文】3D游戏引擎场景渲染技术的研究与实现.pdf

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1、武汉理工大学硕士学位论文摘要游戏引擎是构建高性能游戏的基石。游戏引擎的研发需要直接利用到包括计算机图形学和人工智能在内的多个学科的研究成果。而游戏引擎所能提供的通用且高效的图形处理能力也逐渐被诸如计算机辅助设计和虚拟现实等应用领域重视和使用。目前，我国大部分游戏市场被国外厂商所占据，而我国本土游戏产业，特别是游戏软件的研发仍处于起步阶段。所以，开发有自主知识产权，并且能够创造巨大经济效益的游戏引擎己成为我国信息产业发展的当务之急。游戏弓l擎是一个庞大的有机体，本文将主要探讨游戏引擎的3D渲染技术。首先

2、，本文概述了实现3D游戏渲染引擎的核心理论和技术，然后将其分为室外引擎和室内引擎两部分进行分析。在室外引擎部分，本文对主流的地形生成和渲染技术，比如实时优化自适应网格(ROAM)、几何贴图(GeoMipMap)和地形纹理技术(TerrainTexture)等进行了较深入的研究，并且提出了一些优化的实现方法。在室内引擎部分，本文讨论了关卡模型的载入、游戏对象管理和场景管理技术，这些技术包括二叉空间分割树(BSPTTee)、入口点(Ponals)等等。接下来，本文介绍了场景真实化、动态光影技术和粒子系统等

3、特效技术，并提出通过优化游戏引擎结构来提供一个可扩展的特效接口。最后，本文介绍了面向对象软件开发的原则和模式，阐述了面向对象方法在游戏引擎的设计与开发过程中的重要性，并基于该方法完成了一个游戏渲染引擎的设计和实现。本文所有的理论研究和技术探讨都是建立在“希望给实际游戏引擎开发带来启示”这个目标之上的。本文实现了～个基于Microso矗D订ecⅨ的游戏渲染引擎，并在实现该引擎的过程中比较和研究了文中所阐述的这些技术在实际应用中的可行性与优劣。该引擎的设计还融入了面向对象的软件设计思想，从而极大程度的优化

4、了引擎的架构，使得该引擎兼具高效性和通用性。关键词：游戏引擎，计算机图形学，地形渲染，场景真实化，场景管理，面向对象jjd斗地主http://www.ilovepalm.com/武汉理工大学硕士学位论文第l章绪论1．1概述1．1．13D游戏引擎技术概述随着计算机技术的不断发展，电子娱乐逐渐成为人们生活的重要组成部分。电子娱乐的核心——游戏也逐渐成为一种重要的休闲娱乐和教育手段。3D游戏软件是一个相当复杂的有机体，在它的开发过程中，需要利用到以计算图形学为主的诸多领域的研究成果。3D游戏的设计通常会涉及

5、到以下几个内容：》游戏内容设计≯人工智能控制≯动画控制≯摄像机控制≯剔除算法实现》碰撞检测及响应算法的实现>物理及动力学特性模拟>几何运算库≯输入输出处理≯游戏事件控制在上述这些游戏设计要素中有相当一部分与游戏运行的核心技术无关，例如游戏内容设计。游戏内容设计所关心的是游戏关卡、人物设计和游戏故事情节设计等等。在游戏开发的过程中，为了确保核心算法模块的通用性与扩展性，并尽可能的降低游戏开发成本，通常把与游戏运行的核心技术密切相关的内容提取出来进行独立开发。这是提出游戏引擎概念的～个重要原因。而游戏引擎

6、正是这样的一个独立模块，它为游戏运行提供动力，正如燃油引擎为汽车提供动力一样。另一方面，计算机硬件技术的发展是游戏引擎概念被提出的另一个直接原jjd斗地主http://www.ilovepalm.com/jjd斗地主http://www.ilovepalm.com/武汉理工大学硕士学位论文因。在过去的几十年里，计算机图形学一直是计算机技术的热点研究领域。大多数的研究集中于如何获得更真实的图像输出效果，而这些研究成果(图形处理算法)的计算复杂度很高，并且只能在一些具有强大计算能力，只有诸如大学和研究所一

7、类的大型机构才能负担得起的大型机上实现。虽然计算机游戏已经风靡了十几年，但是实际上大众所能得到的个人电脑计算能力是相当有限的——只有很有限的cPu处理能力，以及很少的可用内存。于是，早期的游戏软件大多采用汇编语言写成，开发人员为了使游戏达到一定的运行效率，在游戏设计过程中不得不和底层硬件打交道。这样的游戏设计过程需要开发人员具有相当高的技能和耐性，同时还不得不分心于考虑如何使游戏具有更高的游戏性，以使玩家忽略拙劣的游戏效果。随着时代的进步，个人电脑已经具有了强大的计算能力和丰富的内存。开发人员可以使用

8、高级语言来编写游戏，并且可以从已经具有长期积累的计算机图形学研究领域获得支持，这使得游戏开发人员可以开发出具有更真实体验的游戏。但也正因为如此，游戏玩家对游戏内容的期望也与日俱增。开发人员不得不在游戏软件中添加更多的内容和更多的功能，同时还要保持游戏的运行效率。在这种情况下，老式的游戏开发方式显得过于拖沓和昂贵。而游戏引擎的提出恰好解决了日益增长的客户期望与开发速度缓慢、开发难度大和维护困难之间的矛盾。游戏引擎的出现使得开发人员可以把游戏内容与复杂的游戏