浅谈3d游戏图形引擎设计

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1、分类号UDC注，密级Y836704学位论文3D游戏图形引擎设计(题名和副题名)傅浩(fie者姓名)指导教师姓名划殛堕教授(职务、职称、学位、单位名称及地址)申请专业学位级别—塑I[±专业名称刻簋塞塑I廑旦i圭塞盔论文提交日期2Ql迤l论文答辩日期2Q竖13学位授予单位和日期电王抖技太堂答辩委员会主席周旦目丢．评闲人———4尊—鉴墓毫——善已』毳L——一2006年1月弓日注1：注明《国际十进分类法UDC))的类号。摘要摘要数字游戏是计算机行业中最有价值和发展潜力的领域之一，它同时有着非常高的技术要求。它集中体现了计算机科学在图形处理、网络通信、实时运算和

2、人工智能等方面的最新成就，它的需求反过来又推动了这几个领域的发展。由于数字游戏的广泛普及和巨大利润，从它诞生以来，资金和技术在这里就一直呈现出高速增长的趋势，这一趋势还在继续。3D游戏是数字游戏发展的趋势，它已渐渐开始成为主流。它在体现逼真现实世界的同时对技术提出了巨大的挑战。3D游戏实现的关键在于游戏引擎技术，而图形引擎是其中最重要的部分之一。’本文在分析3D游戏引擎的结构及工作流程的基础上，构建了一个完整的3D游戏图形引擎Trial3D，它以三角形为建模和处理的基本几何图元，可以接受应用广泛的QuakelI模型及WoddCrafl关卡编辑器生成的关

3、卡，渲染和管理室内和室外的动态、静态场景，支持多种类型的光源，支持Goumud着色方式，支持透视修正纹理映射，支持碰撞检测。Trial3D主要采用了以下技术实现较高的渲染速度和帧频：对室内场景，用BSP树实现在世界坐标空间中的多边形级剔除和碰撞检测，并将其与扫描线技术结合实现无重绘；对室外场景采用分区算法，同时用OSP技术实现世界坐标空间中的物体剔除和碰撞检测；在世界空间内实现了物体及多边形的剔除、背面消除；实现了空间裁剪和像素裁剪。此外，Trial3D以1／z缓冲代替Z缓冲实现正确的深度缓冲和透视纹理映射，并将该技术用到动态场景管理中，弥补了BSP树

4、和OSP树只能针对静态场景管理的缺陷。它还将仿射纹理映射和完美透视修正纹理映射分段混合使用，实现了表面纹理真实性和效率的兼顾。Trial3D是一个采用软件渲染方式的引擎，所有的空间变换、光照、纹理映射以及光栅化都用程序代码实现。它使用了DirectX的2D图形API和输入API。Trial3D可以用于Windows平台的3D游戏。本文对引擎各部分的多种实现方式进行了比较和讨论，并对实际运行的效果作出了评测。在文章最后，作者对后续工作的内容，包括Mipmapping、阴影、广告牌技术、粒子系统、多重纹理和凹凸映射分别作出了探讨。关键词：3D引擎，渲染，场

5、景管理，帧频，光栅化AbstractDigitalgameisoneofthefieldswhichismostvaluableandhaspotentialstodevelopincomputerindustry,ithashighrequirementintechnologytoo．Itrepresentsthenewestachievementsofcomputerscienceingraphprocessing、networkcommunication、real—timecomputingandartificialintelligence．Be

6、causeofthepopularityofdigitalgameandthegreatprofit，capitalandtechniquehaveincreasedrapidlyinthisfieldfromitsbirth，andthistrendisstillcontinuing．3Dgamesarecurrentofdigitalgame，theychallengemuchwhentheypresenttherealworld．Thekeypointtoimplement3Dgameisgameengine，andgraphicengineis

7、oneofthemostimportantmodules．Thispaperestablishesanentire3DgamegraphicengineTrial3Dbasedonanalyzing3Dgameengine’sarchitectureandprocess．Trial3Dmakestrianglesasthebasicunitstoprocess，itcallreceiveandprocesspopularQuakelImodelandWorldCraftlevel，renderandprocessstmic、mobilescenesin

8、sideandoutside，supportmulti—typeslight，Gourauds