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1、华中科技大学 硕士学位论文 基于Direct3D的3D飞行射击游戏研究 姓名：肖盾 申请学位级别：硕士 专业：电子与通信工程 指导教师：李自力 2011-05-23 I 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 摘摘 要要 电脑游戏作为虚拟现实技术的一个重要分支和应用， 体现了技术与艺术的完美结 合。而随着动漫游戏文化在中国的兴起和发展，越来越多的人们开始关注与体验游 戏。最近几年，互联网的快速普及更是让游戏产业得到迅猛发展。如今，游戏已成 为人们休闲和娱乐生活必不可少的一部分。 从技术的角度研究了 3D 游戏的制作过程。在游戏开发中，核心的技术是构架游 戏引擎。
2、在游戏里，剧情的进行、形形色色的角色衬托，各种场景的变换，也都是 在游戏引擎所构建的框架内进行制作的。因此，引擎的好坏直接决定了游戏技术质 量水平。 主要对以下几个方面进行了研究： (1)图形技术发展与游戏制作水平研究。回顾计算机图形技术的发展轨迹，介绍 了 OpenGL 和 DirectX 两大图形接口。以 Cg 语言为例，介绍了 GPU 可编程流水线 中的顶点着色器，像素着色器以及几何着色器。并追溯了基于它们所制作的游戏引 擎的发展历史。从技术的角度阐述它们的发展对游戏制作的影响。 (2)碰撞检测算法研究。对在 2D 和 3D 场景中的物体碰撞，如线与线，线与面， 面与面，面与体，体与体之
3、间的相交检测作了深入研究。对球体 AABB 和 OBB 包围 盒作了探讨，分析了各自的特点。 (3)凹凸映射算法研究。介绍了 3D 图形学中的光照模型。从图形程序功能与运行 效率的矛盾入手，引出法向贴图的概念，并对凹凸映射算法进行了研究，用 Cg 语言 进行了代码表述。对目前游戏界最热门的一词次世代游戏进行了技术解释。 (4)3D 飞行射击游戏设计与实现。在 Direct3D 的基础上，开发出一个较为完整的 飞行射击游戏，并实现了对应的三维游戏引擎功能。完成了系统架构模块，模型模 块，实时地形模块，粒子系统模块，碰撞检测模块，摄像机模块，Shader 模块，辅 助模块等八大模块共 18 个类的
4、设计和代码编写。 关键词关键词：Direct3D 碰撞检测 凹凸映射 游戏引擎 飞行射击游戏 II 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 Abstract As an important branch of technology and applications of virtual reality, computer game is the perfect combination of technology and art. With the rise and development of animation and game culture in Chin
5、a, more and more people begin to pay attention to the games. In recent years, the rapid popularization of the Internet makes the game industry developing rapidly. Computer game has become an integral part of leisure and entertainment for many people. This paper studies the developing process of 3D g
6、ame production, from a technical perspective. The core technology in game development is the game engine. In the game, the story progresses, the fighting graphics, the various scenes, are all constructed in the game engine which produces the framework. Therefore, the game engine directly determines
7、the level of technical quality of the game. This paper focuses on the following aspects: (1)The development of computer graphics technology impacts on the game production. Recalling the development path of computer graphics technology, the paper introduces two graphics interfaces, OpenGL and DirectX
8、. It also describes the GPU vertex shader, pixel shader and geometry shader in programmable pipeline, using the Cg language, and traces the history of game engine based on the technology. (2)Collision detection algorithm. Firstly, the paper studies the intersection test of simple objects, such as wi
9、re and cable, line and surface, surface and surface, face and body. Secondly, the paper discusses the bounding boxes, such as the AABB, OBB and sphere. (3)Bump mapping algorithm. The paper introduces 3D graphics lighting models. It starts to consider the contradiction between efficiency and function
10、 of the programs. To solve the problem, it introduces the concept of normal maps, and bump mapping algorithm. (4)3D flight shooting game design and implementation. A flight shooting game that contains a game engine has been developed based on Direct3D. There are 8 modules, which are the system archi
11、tecture module, the model module, the real-time terrain module, the particle system module, the collision detection module, the camera module, the Shader modules and the auxiliary module, including 18 classes written with C + + code. . III 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 Keywords: Direct3D colli
12、sion detection bump mapping game engine flying shooting game 独创性声明独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在 文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名： 日期： 年 月 日 学位论文版权使用授权书学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留并向国家有关部
13、门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密， 在 年解密后适用本授权书。 不保密。 (请在以上方框内打“”) 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日 本论文属于 1 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1 绪论绪论 1.1 课题背景与核心技术概述课题背景与核心技术概述 随着计算机与网络的普及，各种互联网应用如雨后春笋般涌现。网络游戏作为 最大众化的互联网娱乐方式，拥有越
14、来越多的用户。在我国，软件系统的开发是一 个相当年轻的产业，而游戏软件则更加年轻。一个虚拟世界的建立需要游戏设计师 具备艺术、人文与科学等各方面的知识。而游戏软件系统的构建则需要前沿的计算 机技术，坚实的数学理论，以及对图形硬件的充分理解。 计算机图形编程离不开图形接口，图形接口是指一套底层图形库。有了它，我 们就可以专注与自己的应用程序而不用和硬件打交道。目前主要的图形接口是 DirectX 和 OpenGL。 1.1.1 DirectX 概述概述 DirectX 是一种应用程序接口(API)，它可以让 Windows 为平台的游戏或多媒体 程序获得更高的执行效率，加强 3D 图形和声音效果
15、，并提供给设计人员一个共同的 硬件驱动标准，让开发者不必为每一品牌的硬件来写不同的驱动程序，也降低了用 户安装及设置硬件的复杂度1。 作为一个综合性的应用程序接口，DirectX 可以分为四大部分，即声音部分，输 入部分，网络部分和显示部分2。DirectX 中负责图形处理的是显示部分，可分为 DirectDraw(DDraw)和 Direct3D(D3D)。 DirectDraw 主要负责 2D 图形加速， 而 Direct3D 主要负责 3D 效果的显示。 DirectX 在体系结构上很突出的优点是它使用了两层驱动HAL 和 REF。那 些为硬件所支持的特定功能可由 HAL 来控制(即可以
16、充分地发挥硬件的加速功能)， 从而可以获得理想的运行速度；而对于那些不为硬件所支持的功能，借助 REF，程 序能够以软件方式来模拟相应的运算或处理过程，从而使得无论硬件配置是否高端， 开发人员都要以完整地体验和测试 DirectX 所提供的全部功能3。 2 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1.1.2 OpenGL 概述概述 OpenGL(Open Graphics Library)即开放图形语言是一个专业的 3D 图形程序接 口。OpenGL 体系结构审核委员会(ARB)在 OpenGL 的官方指南上对 OpenGL 的发展 作了详细叙述4。 作为一个 3D 图形库，OpenGL 的功能强大，使用起来也很方便。 OpenGL 的前身是 SGI 公司开发的 IRIS GL。IRIS GL 是一个工业标准的 3D 图形程 序接口，功能强大但是移植性不好，于是 SGI 公司便在 IRIS GL 基础上开发了 OpenGL。 OpenGL 的优点在
