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1、 参考资料 基于基于 DirectXDirectX 的第一人称射击游戏制作毕业论文的第一人称射击游戏制作毕业论文 目录 1 前言 1 1 1 课题来源 1 1 2 国外现状 2 1 2 1 游戏引擎 2 1 2 2 渲染 2 1 2 3 输入 3 1 2 4 声音 3 1 2 5 物理 3 1 2 6 动画 4 1 2 7 人工智能 AI 4 1 2 8 DirectX 4 2 技术介绍 5 2 1 VC 开发语言 5 2 1 1 Visual C 5 2 1 2 DirectX SDK 6 2 2 3DMAX 简介 7 2 3 3D 游戏技术理论 7 2 3 1 3D 图形的基本成像流程 7
2、 2 3 2 世界坐标系 8 2 3 3 摄影坐标系 9 2 3 4 剪裁和透视投影 11 2 4 3D 游戏技术数学基础 13 2 4 1 向量 14 2 4 2 矩阵 14 2 4 3 坐标变换 14 3 系统架构设计 20 参考资料 3 1 系统简介 20 3 2 架构设计与功能分析 22 4 系统引擎设计 23 4 1 系统引擎架构模型 23 4 2 DIRECTX3D 数学库 23 4 2 1 向量 25 4 2 2 矩阵 26 4 2 3 四元组 26 4 2 4 射线 27 4 2 5 平面 27 4 2 6 三角形和多边形 27 4 3 DIRECTX3D 光照 27 4 3
3、1 光源 28 4 3 2 反射模型 29 4 3 3 在 DirectX3D 中创建光照与材质模型 29 4 3 4 引擎中增加对光照的支持 31 4 4 DIRECTX3D 纹理 32 4 4 1 创建使用纹理 33 4 4 2 引擎中增加对纹理的支持 34 4 5 DIRECTX3D 文本和图形用户界面 36 4 5 1 DirectX3D 文本 36 4 5 2 创建和显示图形用户界面 37 4 5 3 引擎中增加对文本和 GUI 的支持 40 4 6 DIRECTX3D 特效 41 4 6 1 多采样 42 4 6 2 雾 42 4 6 3 粒子系统 43 4 6 4 引擎中增加对特
4、效的支持 44 4 7 基本脚本系统 45 参考资料 4 7 1 属性脚本系统 45 4 7 2 命令脚本系统 49 4 7 3 令牌流 50 4 7 4 引擎中添加对脚本系统的支持 52 4 8 碰撞检测 52 4 8 1 边界框 52 4 8 2 边界球 54 4 8 3 引擎中添加对碰撞检测的支持 56 4 9 输入检测和响应 58 4 9 1 DirectInput 的实现 58 4 9 2 引擎中添加对 DirectInput 的支持 59 4 10 模型加载 61 4 11 3D 摄像机系统 62 5 系统实现 65 5 1 系统设计目标 65 5 2 组织资源 65 5 3 加载
5、和显示最终场景 67 5 4 摄像机移动和碰撞检测 70 5 5 游戏元素 72 5 6 角色设定 74 5 7 部署运行 78 6 总结 79 致谢 80 参考文献 81 参考资料 1 前言前言 1 1 课题来源 总得来说 设计开发一款游戏在现在是一个拥有着无限潜力和激情的产业 尤 其这十几年来 游戏产业正在飞速发展 开发游戏是一个高难度的工作 极具挑战 性 同时 它也能为那些愿意付出汗水与劳动并且喜欢挑战自己的游戏开发人员许 多的回报 游戏从设计到出产是个复杂的过程 它需要许多愿意付出汗水的人一起 工作 在这部分人中 往往有负责编程的 负责写剧本的 做音乐特效的 设计数 学和物理模型的还有
6、其他工作成员 每个成员需要做的事情都不一样 遇到的难度 和拥有的奖赏也不一样 游戏这个行业从出现之后 到现在已经完善的十分迅速 现今的游戏产业能够与电影电视这样的传统行业相比肩 并且在娱乐市场中占据很 大的比例 与此同时 游戏行业的科技和生产效率也不断在改善 它能够创造上百 亿美元的利益 作为游戏行业中的发展迅速的电脑游戏 在这个行业中已经有数十 年的历史了 游戏在市场上拥有的用户群体也很广泛 以成年人为主要的消费群体 同时也照顾了小孩子的市场 所以其的利益是个很可观的数字 游戏的从设计到出产的过程 不是像玩游戏的那种总是充满着轻松和刺激的感 觉 应用开发交互式软件设计游戏是一项困难并且极富挑
7、战性的工作 任何对其不 重视的人都不可能会顺利完成工作 但是 这个过程同样的也充满乐趣 只不过要 求工作成员奉献出更多的汗水和努力 有很多人因为喜欢玩游戏而选择开发游戏 但是等他们真正开发游戏的时候 却因为困难太多而放弃了 在这个过程中 最为 艰难的东西就是去学会应用设计一款游戏所需要的技术手段 去了解应用一些基本 的手段需要花费大量的时间与精力 不过此过程也会为设计人员打下坚牢的基础 再加上对游戏行业充满激情和兴趣 相信开发出精品的产品不是问题 在这篇论文中 我对开发一款第一人称设计游戏进行了研究 利用 DirectX 软件 从设计一款游戏的总体规划 游戏中的纹理和光照 程序中的脚本 和 G
8、UI 边界框与边界球技术 Direct input 与外界接入设备 DirectSound 与 DirectMusic 这两个和声音的应用并且附加了 3D 摄像机系统这几个方面对游戏进行 了相关的分析 参考资料 1 2 国外现状 1 2 1 游戏引擎 引擎是由许多的代码组成的 它能够给开发游戏的成员提供一个良好的平台 现在的引擎往往隐藏了一部分底层实现的具体代码 比如利用 Direct3D 设计的渲 染引擎 它能够对使用它的人隐藏了具体的渲染引擎细节 游戏的引擎有 渲染 物理 声音等等 游戏的引擎其实就是由很多小引擎集合而成的 其包含的东西没 有一个准确的意义 拿电脑游戏来说 它的引擎肯定涵盖
9、了渲染和输入 要不然就 不能叫做交互式的游戏 引擎的独立开发是个艰难的工作 在游戏的开发中 所需要的一些基本的在 DirectX 的 API 基础上开发的引擎有渲染引擎 利用 DirectInput 的输入引擎 利 用 DirectSound 的声音引擎 包括碰撞运动的物理引擎 动画引擎还有 AI 引擎 其中引擎的代码涵盖了建立出错日志 执行命令 基本的肩膀能力与图形用户界面 GUI 系统 GUI 系统在设计主菜单和装载场景的时候有用 引擎的分析开发在设计游戏中必不可少 因为在开发设计游戏引擎中 它可以 操控游戏中各种各样的元素 如 游戏引擎中的语言算法不仅仅能够收到并且分析 外界设备对其输入
10、的指令 也可以根据运算对视频音频和特效进行控制 所以无论 游戏是什么形式 2D 还是 3D 角色扮演 即时策略 冒险解密或者是动作射击 引擎的设计都是必不可少的一部分 开发游戏的最早部分就是构建一个理想的引擎 框架 也能这么理解 分析设计引擎是对 3D 游戏的流水线进行概括的分析 在第 一人称视角游戏的引擎设计过程中 可以改变光线的照射和裁剪的顺序来降低工作 量或改善运行效率 1 2 2 渲染 计算机图形学被广泛应用于许多领域中 大量前沿的渲染手段应用在交互式设 备中 原来仅仅局限在离线设备中 这是因为当今的硬件技术能够分析各种各样的 图形 并且 渲染科技的发展使其不仅仅使用在 CPU 上 也
11、可以在 GPU 上 现在 人们可以使用一种预计算手段把游戏中的图片模型排列得更加繁琐 这 个技术现在可以自动高亮出不动的目标 但是对于正在变化位置的目标来说还不够 成熟 现在的硬件采用各种各样的上色方法 对目标上色 渲染是一款游戏引擎里最重要的系统 这个系统能够在显示器画出几何图案 参考资料 浮现文本 渲染 GUI 展现硬件的光照系统 与此同时 它还可以把图形附加在场 景里面的几何图案表面 1 2 3 输入 在开发游戏的过程中 做好检测输入的工作是十分重要的 在这里 应用 DirectX 中的 Direct Input API 能够检测多种设备的输入 并且不会有错误的发生 对进行输入的设备 就
12、要对其进行输入测试 比如键盘鼠标等等 Direct Input 上 的接口能够检查出各种各样的输入设备 现在市面上 键盘鼠标和游戏的控制器作为主要的输入设备 游戏的控制器包 括像方向盘摇杆这些不是鼠标也不是键盘的设备 完善游戏的输入系统就是要对这 些编写代码并且进行检测 要在游戏中能够使用这些设备 1 2 4 声音 在 DirectX 软件中 主要应用 DirectSound 来在游戏的引擎中出来声音 DirectSound 为 DirectX 中的一个 API 它的职责是处理所有声音 声音系统实际 上是作为一个比较小的系统存在于一个游戏的引擎之中 它利用比较少的代码就能 够控制所有的声音 游
13、戏引擎里的声音在游戏的背景音乐与 3D 音效中使用 根据 游戏的需要 可能涵盖了一些战斗的声音和根据不同场景出现的不同声音 声音都 是在文件之中装载的 可以进行完整的装载或者是以流进行播放 比如用 DirectSound 可以处理声音的回放 1 2 5 物理 物理系统包括了许多的东西 主要是架构 3D 游戏的现实和分解功能 物理是 3D 游戏的基础 所以成为了设计人员必备的基础知识 在第一人称设计游戏中 需 要涵盖重力与碰撞测试的物理学容 游戏中的物理学不仅仅是数学 还有工作的状 况和运行方式 现在许多游戏都良好的运用物理学在游戏中 比如系列 这貌似 把游戏产业的入门门槛拉高了 游戏中的物理学
14、给游戏带来了很多东西 比如改变 物理性质能够重新设计人与环境交互的情形 可以说一些复杂的物理系统的研发工 作非常花费时间和金钱 但是以这个物理系统设计出的游戏 无一不是经典 也就 是说可以从物理系统的复杂程度上来简单区别一个游戏的好坏 参考资料 1 2 6 动画 计算机图形学在动画的绘制上应用广泛 如人物的模型 绘制人物的动画模型 应用于多种多样的影视作品之中 但是 在电脑 3D 游戏中 角色的绘制是一个很 难解决的事情 因为生成的角色模型必须随着输入设备下达的指令随时变化 同时 也要和其余的人物产生互动 这个时候 计算机的绘制科技就显得尤为重要 一些 成熟的技术可以应对大型 3D 游戏的开发
15、 一些多层次的动画绘制技术却变得更加 困难 绘制手段通常有 几何图形的设计 动态绘画方法和人物躯干的控制 1 2 7 人工智能 AI AI 系统在游戏中是必不可少的 玩家在进行游戏的过程有 会有很多的敌人 玩家的任务是与其进行争斗直到完成某些特定的任务 如果 AI 表现的过于疲软 那么这个游戏对玩家的吸引就会降低 所以完善 AI 可以增加游戏的难度 吸引玩 家在游戏上投入更多的时间 在游戏里 AI 操控着非玩家单位的行为 AI 有很多 种类和很多手段去执行 像脚本和硬编码行为等等 1 2 8 DirectX DirectX 是微软公司生产的一个应用程序接口的软件 在设计研发交互式软件 中起了很
16、重要的作用 它在 1995 年出现 到现在已经是研发多媒体系统软件的金 标准 全部的研发成员都在应用这个软件进行开发设计 DirectX 不仅仅应用于游 戏的研发还能够设计一些软件可以设计游戏中的角色 还可以设计一些关于网络和 图形的软件 API DirectX 包括 DirectGraphics DirectInput DirectPlay DirectMusic DirectSound 这些部 分 每个部分都可以各自独立运行 进行不同功能的运作 它们都可以被硬件加速 也就是说能够直接与硬件进行数据交流 能够给设计人员更好的操作条件 参考资料 2 技术介绍 2 1 VC 开发语言 如今 在开发 3D 游戏的过程中需要根据不同的要求来挑选相应的开发语言 例如 在开发小型的 3D 游戏程序中 主流的软件有 微软公司的 Visual C 和 DirectX SDK 开发包 微软公司的 C 和 XNA Visual C 和 OpenGL 在现在市面上许许多多的程序开发软件中 有的在语言弹性和执行的效率上有 优势 有的倾向处理和运算图形 有的倾向设计大型软件 可以满足设计人员的各 种目
