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內(nèi)容簡介

　　計算機游戲如同戲劇、電影一樣，是一種新型的綜合性藝術(shù)產(chǎn)品，計算機游戲軟件的開發(fā)和一般的軟件產(chǎn)品的開發(fā)有著明顯的不同，計算機游戲程序設(shè)計人員不僅需要掌握程序設(shè)計技巧和軟件工程方法，還需要有堅實的專業(yè)領(lǐng)域知識，才能有效地生成和實現(xiàn)游戲的畫面內(nèi)容、音效處理以及與玩家的交互等。本書是作者在為碩士生和高年級本科生講授“計算機游戲程序設(shè)計”課程的基礎(chǔ)上編寫而成的，所面向的讀者對象是那些已掌握基本的程序設(shè)計技能，但立志于從事計算機游戲軟件開發(fā)的程序員和游戲開發(fā)愛好者。因此，本書將著重介紹計算機游戲程序設(shè)計所必需的專業(yè)領(lǐng)域知識，包括二維圖形圖像技術(shù)、三維圖形學(xué)基礎(chǔ)、高級圖形學(xué)編程、計算機動畫技術(shù)、人工智能技術(shù)、音頻處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，基本涵蓋了計算機游戲編程的各個主要方面。全書共分11章，取材于國內(nèi)外的最新資料，強調(diào)理論與實踐相結(jié)合，通過游戲?qū)嵗齺韱l(fā)性地說明游戲編程的各種原理和方法。既可作為計算機、數(shù)字媒體技術(shù)和游戲?qū)I(yè)的高年級本科生的教材，也可以用于游戲?qū)W院和各類游戲編程人員培訓(xùn)班的參考資料，對正在從事游戲開發(fā)和制作的相關(guān)人員也具有重要參考價值。本書前言電子游戲集高科技性、娛樂性、競技性、仿真性等諸多娛樂要素于一體，已經(jīng)成為全世界最受歡迎的新興娛樂形式之一。進入21世紀后，以電子游戲為先鋒的互動娛樂產(chǎn)業(yè)也迅速崛起為最新的朝陽產(chǎn)業(yè)，成為全球IT業(yè)新的增長熱點。目前，全球游戲產(chǎn)業(yè)的規(guī)模已經(jīng)達到3000億美元，預(yù)計到2008年，以電子游戲產(chǎn)業(yè)為主導(dǎo)的互動娛樂產(chǎn)業(yè)更將超過傳統(tǒng)音樂產(chǎn)業(yè)，成為全球第二大娛樂媒介。在中國，游戲產(chǎn)業(yè)雖然起步也比較早，但由于政策不明確、經(jīng)營思路過于功利、專業(yè)人員缺乏、核心技術(shù)落后、運營渠道不暢等原因，使得我國的游戲產(chǎn)業(yè)全面落后于國外。但近兩年來，這種情況發(fā)生了根本性的改變，一度被看成“玩物喪志”的游戲也登上“大雅之堂”，國家成立了游戲工作委員會，新聞出版總署等有關(guān)政府管理部門積極鼓勵、引導(dǎo)、扶植民族游戲產(chǎn)業(yè)發(fā)展，規(guī)范產(chǎn)業(yè)發(fā)展環(huán)境，并出臺了一系列政策來支持自主的游戲技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)品開發(fā)，并在2005年1月召開了第一屆中國游戲產(chǎn)業(yè)年會，共商中國游戲產(chǎn)業(yè)發(fā)展大計。這標志著我國的游戲產(chǎn)業(yè)已經(jīng)完成歷史性的跨越，迎來一個發(fā)展的春天。2004年我國的游戲產(chǎn)業(yè)規(guī)模已經(jīng)達到了58.07億元人民幣，是全球游戲產(chǎn)業(yè)增長速度最快的地區(qū)之一。隨著我國游戲產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，相關(guān)人才的需求已越來越大，游戲人才已成為眾多游戲公司爭相吸納的對象，在市場上甚至月薪萬元都難以招到合適的游戲人才。究其原因，一方面是因為游戲產(chǎn)業(yè)的人才需求呈金字塔形，底層是運營、支持、服務(wù)等“邊緣”的人才；中段是游戲的設(shè)計和開發(fā)人員；塔尖是主程序員、美術(shù)總監(jiān)、策劃總監(jiān)。目前，需求量最大的就是“中段”人才，在未來3至5年內(nèi)，游戲從業(yè)人員將有60萬的缺口。另一方面，正當中國游戲產(chǎn)業(yè)的超高速增長讓人們對游戲產(chǎn)業(yè)的價值刮目相看時，卻突然發(fā)現(xiàn)中國根本沒有正規(guī)的游戲教育，游戲企業(yè)不得不沿用師傅帶徒弟的育才模式，使得游戲人才培養(yǎng)的效率很低，并缺乏系統(tǒng)性。因此，游戲企業(yè)無一例外地患上了“人才饑渴癥”。游戲人才的匱乏直接影響到我國游戲的本土化自主研發(fā)，在很大程度上抑制了國內(nèi)游戲產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，使得中國游戲產(chǎn)業(yè)的命脈被把握在了韓國、日本、歐美廠商的手中。當意識到培養(yǎng)自己的游戲人才才能保證游戲產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)有更大的發(fā)展時，中國的教育界就開始行動了，國內(nèi)終于有了游戲?qū)W院和游戲培訓(xùn)學(xué)校，北京、上海、成都、杭州等城市的不少大學(xué)也開設(shè)了游戲開發(fā)課程，設(shè)置了相關(guān)的專業(yè)和學(xué)科。雖然還只是剛起步，處于初級階段，主要是教會學(xué)生游戲開發(fā)的專業(yè)技能，還沒有形成有深度、成體系的游戲教育，但我們堅信，中國游戲人才的培養(yǎng)將從此騰飛。就游戲程序設(shè)計的人才培養(yǎng)而言，其從業(yè)的門檻并不高。經(jīng)過一定的專業(yè)領(lǐng)域知識培訓(xùn)，有一到兩年編程經(jīng)驗的程序員都可以勝任計算機游戲編程。在我國，雖然程序員的數(shù)量號稱有“百萬大軍”，但大多數(shù)程序員并沒有投身到游戲開發(fā)這一領(lǐng)域中來，其中的一個重要原因就是大家覺得游戲開發(fā)是個神秘領(lǐng)域，對游戲開發(fā)的專業(yè)領(lǐng)域知識不甚了解而感覺自己無法勝任。在這一背景下，本書將著重介紹計算機游戲程序設(shè)計的專業(yè)領(lǐng)域知識，包括二維圖形圖像技術(shù)、三維圖形學(xué)基礎(chǔ)、高級圖形學(xué)編程、計算機動畫技術(shù)、人工智能技術(shù)、音頻處理技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，可以幫助這些已經(jīng)具備一定程序設(shè)計技能的各類人員能了解游戲編程的方方面面，并能順利地進入游戲開發(fā)產(chǎn)業(yè)，從而迅速壯大我國的游戲開發(fā)隊伍。本書是作者在浙江大學(xué)計算機學(xué)院、CAD

作者簡介

　　耿衛(wèi)東，1967年10月出生，1995年獲博士學(xué)位并留校任教，現(xiàn)任職于浙江大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授，博士生導(dǎo)師，計算機輔助設(shè)計與圖形學(xué)國家重點實驗室副主任。主要研究領(lǐng)域與興趣：基于動作捕捉技術(shù)的動畫；動作數(shù)據(jù)的編輯、合成和編排；計算機輔助美術(shù)卡通動畫；非真實感計算機圖形學(xué)；游戲開發(fā)與數(shù)碼娛樂；鞋子CAD系統(tǒng)開發(fā)。學(xué)習(xí)經(jīng)歷：1989年7月于南京大學(xué)計算機系獲學(xué)士學(xué)位；1992年4月于國防科技大學(xué)計算機系獲碩士學(xué)位；1995年6月于浙江大學(xué)計算機系獲博士學(xué)位。2003年1月至現(xiàn)在：浙江大學(xué)計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院；目前正在繼續(xù)從事動作捕捉技術(shù)及計算機動畫，計算機輔助美術(shù)動畫的繪制等方面的基礎(chǔ)研究工作，以及鞋類產(chǎn)品的個性化設(shè)計系統(tǒng)的研制和開發(fā)。2002年1至2002年12月：香港理工大學(xué)多媒體創(chuàng)新中心；主要從事動作捕捉技術(shù)及計算機動畫方面的研究工作，包括動作捕捉數(shù)據(jù)的編輯，合成及動畫制作中的動作數(shù)據(jù)重用等。2000年4月至2001年12月：德國信息技術(shù)國家研究中心媒體通訊研究所；參加了兩個歐盟的研究項目，從事電子商務(wù)，普適計算及基于感知的人機交互技術(shù)，實時情感計算等方面的研究工作。1995年7月至2000年3月：浙江大學(xué)計算機系；主持和參加了多項國家自然科學(xué)基金項目，從事實體造型，智能CAD系統(tǒng)和智能繪制技術(shù)，視覺認知以及形象思維的模擬等方面的基礎(chǔ)研究工作，并參與了國家計委的重大項目“面向區(qū)域經(jīng)濟的創(chuàng)新產(chǎn)品開發(fā)技術(shù)與系統(tǒng)”的開發(fā)和研制工作。

圖書目錄

第1章計算機游戲簡介 1
1.1 什么是游戲 1
1.2 計算機游戲的發(fā)展簡史 3
1.3 計算機游戲的分類 5
1.4 計算機游戲的開發(fā)過程 10
1.5 中國游戲業(yè)的展望 12
參考文獻 13
第2章游戲程序設(shè)計概覽 15
2.1 游戲的基本流程和體系結(jié)構(gòu) 15
2.2 游戲開發(fā)的基本理念及方法 18
2.3 游戲引擎簡介 19
2.3.1 游戲引擎技術(shù)概述 20
2.3.2 游戲引擎的發(fā)展簡史 21
2.4 游戲的調(diào)試與測試 23
2.5 游戲開發(fā)的準則和“忠告” 25
2.6 游戲編程人員的基本素質(zhì)要求 27
2.7 小結(jié) 28
參考文獻 29
第3章二維游戲的基本編程技術(shù) 31
3.1 二維游戲的基本流程和架構(gòu) 31
3.2 圖像文件的解析 31
3.3 地圖的創(chuàng)建與顯示 34
3.3.1 固定地圖 35
3.3.2 滾屏地圖 35
3.3.3 多層次地圖 36
3.3.4 菱形地圖 37
3.4 顏色的混合與半透明效果 39
3.4.1 基本原理和步驟 39
3.4.2 Alpha融合技術(shù) 41
3.5 精靈動畫 42
3.6 二維游戲世界的模擬 46
3.6.1 碰撞檢測 46
3.6.2 物體遮擋關(guān)系 48
3.6.3 物體運動模擬 48
3.7 一個簡單的二維潛艇游戲循環(huán)實例 48
3.8 小結(jié) 51
參考文獻 51
第4章三維圖形學(xué)基礎(chǔ) 53
4.1 向量. 矩陣及四元數(shù)運算 53
4.1.1 向量運算 53
4.1.2 矩陣運算 54
4.1.3
四元數(shù)及其運算 60
4.2 常用的立體幾何算法 62
4.2.1 常用幾何體的表達與生成 63
4.2.2 常用幾何體之間的距離與求交 64
4.2.3 常用幾何體的屬性計算 65
4.3 三維場景的表達模型 68
4.3.1 三角網(wǎng)格模型 69
4.3.2 三類常用參數(shù)曲面 71
4.4 真實感圖形生成 76
4.4.1 坐標系 76
4.4.2 圖形繪制流程 78
4.4.3 顏色理論 84
4.4.4 光照明計算 88
4.5 游戲畫面的刷新與反走樣 96
4.5.1 畫面刷新和計時函數(shù) 96
4.5.2 反走樣處理 97
4.6 小結(jié) 98
參考文獻 98
第5章三維游戲場景的組織和繪制 99
5.1 三維場景的組織與管理 99
5.1.1 基于場景圖的表達和管理 100
5.1.2 基于繪制狀態(tài)的場景管理 104
5.1.3 基于景物包圍體的場景組織 106
5.1.4 優(yōu)化場景繪制的幾何剖分技術(shù) 108
5.1.5 景物包圍體與場景剖分技術(shù)比較 113
5.2 游戲場景的幾何優(yōu)化 114
5.2.1 層次細節(jié)（LOD）技術(shù) 115
5.2.2 漸進網(wǎng)格和連續(xù)多分辨率繪制技術(shù) 117
5.3 三維場景的快速可見性判斷與消隱 117
5.3.1 可見性判斷算法分類 118
5.3.2 基于入口（Portal）技術(shù)的可見性判斷 119
5.3.3 遮擋面剔除技術(shù) 121
5.3.4 潛在可見集（PVS）方法 124
5.4 地形場景的繪制與漫游 124
5.5 三維游戲場景中的碰撞檢測 127
5.5.1 碰撞檢測的基本原理 128
5.5.2 基于空間剖分結(jié)構(gòu)的碰撞檢測算法 128
5.5.3 層次包圍體樹法 129
5.5.4 基于圖像空間的碰撞檢測算法 131
5.6 小結(jié) 131
參考文獻 132
第6章游戲中的高級圖形技術(shù) 133
6.1 紋理映射 133
6.1.1 紋理映射的基本原理 134
6.1.2 凹凸紋理映射 140
6.1.3 位移映射 145
6.1.4 環(huán)境紋理映射 147
6.1.5 基于光照映射的快速繪制 149
6.1.6 高級紋理映射技術(shù)總結(jié) 151
6.2 混合式圖像和幾何繪制 152
6.2.1 光暈 153
6.2.2 精靈圖元的繪制 154
6.2.3 Billboard技術(shù) 155
6.2.4 Impostor技術(shù) 158
6.3 過程式建模技術(shù) 160
6.3.1 粒子系統(tǒng) 160
6.3.2 L-系統(tǒng)與植被的模擬 163
6.3.3 爆炸與火焰 165
6.3.4 云的過程式紋理生成 166
6.4 場景光影特效模擬 166
6.4.1 陰影 166
6.4.2 霧 175
6.4.3 運動模糊和域深 178
6.5 小結(jié) 178
參考文獻 179
第7章三維動畫的基本編程技術(shù) 181
7.1 三維動畫技術(shù)概述 181
7.2 關(guān)鍵幀動畫技術(shù) 183
7.2.1 關(guān)鍵幀的指定 183
7.2.2 中間幀的插值技術(shù) 186
7.3 基于動作捕捉的動畫技術(shù) 192
7.3.1 動作捕捉系統(tǒng)簡介 193
7.3.2 動作捕捉數(shù)據(jù)的文件格式及其解析 196
7.3.3 動作捕捉數(shù)據(jù)的編輯與重用 210
7.4 腳本驅(qū)動的動畫技術(shù) 212
7.5 小結(jié) 215
參考文獻 216
第8章游戲中的音頻編程 217
8.1 聲音基礎(chǔ) 217
8.1.1 聲音的生成 217
8.1.2 聲音的編碼存儲 218
8.1.3 聲音的合成 219
8.2 DirectX Audio編程 219
8.2.1 DirectX Audio概念 220
8.2.2 DirectSound的工作原理 220
8.2.3 DirectSound編程初步 223
8.2.4 DirectMusic播放MIDI背景音樂 230
8.3 三維音效生成 233
8.3.1 聽覺理論 233
8.3.2 環(huán)境模擬 234
8.3.3 DirectSound的三維音效編程 235
8.4 常見的聲音引擎簡介 240
8.5 小結(jié) 241
參考文獻 241
第9章游戲中的人機界面技術(shù) 243
9.1 游戲的可玩性與人機界面 244
9.2 用戶界面設(shè)計基礎(chǔ) 245
9.2.1 用戶界面的色彩設(shè)計 245
9.2.2 用戶界面的形式 247
9.2.3 游戲軟件的界面設(shè)計 250
9.2.4 用戶界面開發(fā)設(shè)計原則 251
9.2.5 用戶界面的軟件開發(fā)過程 251
9.3 DirectInput編程 252
9.3.1 Windows系統(tǒng)下的鍵盤操作 252
9.3.2 DirectInput鍵盤編程 254
9.3.3 DirectInput鼠標編程 256
9.3.4 DirectInput游戲操縱桿編程 258
9.4 小結(jié) 260
參考文獻 261
第10章游戲中的人工智能 263
10.1 游戲AI簡介 263
10.2 常見的游戲AI技術(shù) 265
10.2.1 有限狀態(tài)機 265
10.2.2 腳本語言方法 267
10.2.3 模糊邏輯 267
10.2.4 多智能體技術(shù)與人工生命 268
10.2.5 決策樹 269
10.2.6 人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò) 270
10.2.7 遺傳算法 271
10.2.8 群體行為的模擬 273
10.2.9 常見游戲AI的技術(shù)特點分析與比較 274
10.3 跟蹤與追逐行為的模擬 275
10.4 有限狀態(tài)機和模糊有限狀態(tài)機的實現(xiàn) 279
10.4.1 有限狀態(tài)機的實現(xiàn) 279
10.4.2 模糊有限狀態(tài)機的實現(xiàn) 289
10.5 A*算法和路徑尋找技術(shù) 296
10.5.1 搜索技術(shù)及A*算法 296
10.5.2 路徑尋找技術(shù) 307
10.6 游戲AI的設(shè)計和實現(xiàn)原則 312
10.7 小結(jié) 316
參考文獻 317
第11章網(wǎng)絡(luò)游戲的基本編程技術(shù) 319
11.1 網(wǎng)絡(luò)游戲的基本架構(gòu) 319
11.2 Winsock編程基礎(chǔ) 322
11.2.1 TCP/UDP簡介 322
11.2.2 Socket和Winsocket 簡介 322
11.2.3 Winsock編程結(jié)構(gòu) 324
11.2.4 Winsock地址處理 325
11.2.5 Winsock函數(shù)介紹 326
11.2.6 Winsock綜合示例 333
11.3 網(wǎng)絡(luò)游戲通信協(xié)議 336
11.3.1 游戲通信協(xié)議簡介 336
11.3.2 游戲通信協(xié)議結(jié)構(gòu) 336
11.3.3 協(xié)議打包/解包 337
11.4 小型網(wǎng)絡(luò)游戲設(shè)計與實現(xiàn) 337
11.5 大型多人網(wǎng)絡(luò)游戲設(shè)計策略 339
11.5.1 基于推測的數(shù)據(jù)傳輸 340
11.5.2 消息等級化 340
11.5.3 游戲空間剖分 341
11.5.4 消息發(fā)送策略 341
11.5.5 集群化服務(wù)器 342
11.6 網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膬?yōu)化 343
11.6.1 采用UDP協(xié)議 343
11.6.2 采用多播技術(shù) 343
11.6.3 使用I/O Completion Port 344
11.7 小結(jié) 345
參考文獻 345