Black Art of 3D Game Programming pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Waite Group Press

作者:Andre LaMothe

出品人:

页数:1174

译者:

出版时间:1995-9

价格:USD 49.95

装帧:Paperback

isbn号码:9781571690043

丛书系列:

图书标签:

• 3D游戏编程
• 游戏开发
• DirectX
• OpenGL
• 图形学
• C++
• 游戏引擎
• 计算机图形学
• 游戏技术
• 编程技巧

视觉炼金术：塑造虚拟世界的奥秘 这是一个关于如何将抽象的代码转化为令人惊叹的视觉体验的旅程。当我们谈论“视觉”时，我们往往会想到绘画、雕塑，或是电影中的特效，但在这本书中，我们所探索的“视觉”是跃动在数字屏幕上的三维世界，是充满交互性的虚拟空间。它不是静态的画卷，而是由逻辑和算法构建的动态现实，等待着被赋予生命和灵魂。 这本书将带领你深入理解计算机图形学的核心原理，那些支撑起我们所见的每一帧动态影像的数学和算法的基石。我们将从最基础的概念入手，逐步构建起一个三维场景的绘制流程。这不仅仅是理论的堆砌，而是实操与理解的结合。你将学会如何将现实世界中的物体，通过坐标系、模型和纹理，转化为计算机能够理解和处理的数据。 空间的基石：坐标系与变换 在构建任何三维世界之前，我们首先需要一个框架来容纳一切。这本书将详细解析三维空间中的坐标系，包括局部坐标系、世界坐标系以及相机坐标系。你将理解为何需要这些不同的坐标系，以及它们之间如何相互转换。 局部坐标系 (Local/Object Space): 每个独立的物体都有自己的局部坐标系，描述了物体自身的几何结构。模型文件中的顶点数据通常就是基于这个坐标系定义的。 世界坐标系 (World Space): 这是所有物体存在的统一参考系。我们将学习如何将物体的局部坐标“放置”到世界坐标系中，定义它们在整个场景中的位置、旋转和缩放。 相机坐标系 (View/Camera Space): 模拟我们眼睛或摄像机所看到的视角。我们将学习如何将世界坐标系中的物体变换到相机坐标系，以便进行投影和渲染。 理解这些坐标系之间的变换是构建三维场景的关键。我们将深入探讨矩阵变换，这是实现位置、旋转和缩放的核心工具。你会学习如何使用矩阵来平移物体，如何通过旋转矩阵来改变物体的朝向，以及如何用缩放矩阵来调整物体的大小。这些看似简单的操作，组合起来却能创造出无限的可能性。 模型的构成：几何与网格 三维世界中的一切，无论是复杂的人物模型，还是简单的几何体，其本质都是由多边形网格 (Polygon Mesh)构成的。这本书将揭示如何构建和表示这些网格。 顶点 (Vertices): 网格的基本组成单元，定义了模型在三维空间中的点。每个顶点都包含其在某个坐标系下的位置信息。 边 (Edges): 连接两个顶点的直线段。 面 (Faces): 由三条或多条边围成的平面区域，通常是三角形或四边形。游戏引擎和渲染器最终会将所有复杂的模型分解成无数的三角形来进行绘制。 你将学习到如何从模型文件中读取顶点和索引数据，如何将这些数据上传到显卡进行高效处理。此外，我们还将探讨一些基础的模型构建技术，例如如何通过编程的方式生成简单的几何体（立方体、球体、圆柱体等），以及如何对现有模型进行编辑和组合。 光影的魔术：着色与材质 静态的模型和场景，如果没有光影的渲染，将是冰冷而缺乏生气的。这本书将带你进入一个充满视觉欺骗的世界，学习如何利用光影来塑造物体的形态、质感和氛围。 光照模型 (Lighting Models): 我们将深入研究几种经典的光照模型，如朗伯模型 (Lambertian)，它模拟了漫反射表面，让物体在光照下呈现出柔和的色彩。你还会接触到镜面反射模型 (Specular Reflection)，它用于模拟物体表面的高光，让金属、玻璃等材质看起来更加真实。 材质 (Materials): 材质定义了物体表面如何与光线相互作用。我们将学习如何为物体赋予不同的材质属性，例如漫反射颜色 (Diffuse Color)、镜面反射颜色 (Specular Color)、高光度 (Shininess)以及环境光颜色 (Ambient Color)。 法线 (Normals): 理解法线对于光照计算至关重要。法线向量指示了曲面的朝向，它决定了光线如何反射。你将学习如何计算和使用顶点法线以及面法线。 这些概念将帮助你理解为何一个白色的球体在不同光照下会呈现出不同的明暗和高光，以及如何通过调整材质属性来模拟木材、石头、金属等各种不同的表面质感。 视觉的欺骗：纹理映射与着色器 为了让三维模型更加逼真，我们通常会在模型表面覆盖一张纹理贴图 (Texture Map)。这本书将详细讲解纹理映射的过程，以及如何使用纹理来赋予物体丰富的细节和颜色。 UV 坐标 (UV Coordinates): UV 坐标是一种二维坐标系，用于将三维模型上的点映射到纹理图像上的点。你将学习如何为模型创建 UV 坐标，以及如何在纹理图像上采样颜色。 纹理类型: 除了颜色纹理，我们还将探讨其他类型的纹理，如法线贴图 (Normal Map)，它可以模拟表面凹凸不平的效果，而无需增加额外的几何顶点；高光贴图 (Specular Map)，用于控制物体表面高光的分布；以及透明度贴图 (Alpha Map)，用于实现透明或半透明效果。 更进一步，我们将触及着色器 (Shaders) 的概念。着色器是运行在显卡上的小程序，它们能够实时地控制三维物体的外观。 顶点着色器 (Vertex Shader): 主要负责处理顶点数据，进行模型变换、光照计算等。 片元着色器 (Fragment Shader / Pixel Shader): 主要负责计算每个像素的最终颜色，它会采样纹理、应用光照计算，并将最终的颜色输出到屏幕上。 通过编写着色器，你可以实现各种复杂的视觉效果，从逼真的光照模拟到独特的艺术风格。你将理解，现代游戏中的许多令人惊叹的视觉效果，都是通过巧妙的着色器编程实现的。 深度与视角：相机与投影 三维场景最终需要被“观察”，而相机 (Camera) 就是观察者。这本书将深入讲解相机的工作原理，以及如何通过相机来控制我们看到的画面。 相机的位置与朝向: 就像现实中的相机一样，三维相机也有其位置和朝向，决定了它在世界中的哪个位置，以及它看向哪个方向。 视锥体 (View Frustum): 相机能够看到的范围被称为视锥体，它是一个截断的金字塔形区域。我们只会渲染视锥体内的物体，这是一种重要的裁剪 (Clipping) 技术，可以提高渲染效率。 投影 (Projection): 为了将三维场景“投影”到二维屏幕上，我们需要使用投影技术。 正射投影 (Orthographic Projection): 在这种投影下，平行线在投影后仍然保持平行，常用于2D游戏或UI渲染。 透视投影 (Perspective Projection): 这是最常用的投影方式，它模拟了人眼或相机的观察方式，近处的物体看起来更大，远处的物体看起来更小，具有深度感。 你将学习如何设置相机的参数，例如视野 (Field of View, FOV)、近裁剪面 (Near Clipping Plane) 和远裁剪面 (Far Clipping Plane)，这些参数共同定义了相机的视锥体，并影响着最终画面的透视效果。 效率的追求：渲染管线与优化 在处理复杂的3D场景时，效率是至关重要的。本书将为你揭示渲染管线 (Rendering Pipeline) 的工作流程，以及如何通过各种技术来优化渲染性能。 渲染管线概述: 你将了解从顶点数据输入到最终像素输出的整个流程，包括模型变换、裁剪、光栅化、片元着色等各个阶段。 视锥体裁剪 (View Frustum Culling): 剔除不在相机视锥体内的物体，避免不必要的计算。 遮挡剔除 (Occlusion Culling): 剔除被其他物体遮挡住的物体，进一步减少渲染量。 LOD (Level of Detail): 根据物体与相机的距离，动态地选择不同细节程度的模型进行渲染，从而提高性能。 批处理 (Batching): 将具有相同材质的多个物体合并绘制，减少绘制调用次数，从而提升性能。 理解这些优化技术，能够帮助你创建出流畅运行的3D应用程序，即使在资源有限的平台上也能获得良好的用户体验。 总结 本书旨在为你构建一座坚实的桥梁，连接理论知识与实践应用。你将不再仅仅是代码的使用者，而是能够理解其背后原理的创造者。从最基础的数学概念，到复杂的着色器编程，你将逐步掌握塑造虚拟世界所必需的工具和技能。这个过程可能充满挑战，但每一次的理解和突破，都将带给你巨大的成就感。 踏上这段视觉炼金术的旅程，去发现代码的无限可能，去创造属于你自己的数字奇迹。

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**第一段** 这本书简直是一场视觉的盛宴，虽然我可能还没有完全理解其中的所有技术细节，但光是那些精美的渲染效果图和深入的图形管线解析就足以让人热血沸腾。作者似乎对如何榨干现代GPU的每一丝潜力有着近乎偏执的追求。书中对光照模型和阴影处理的探讨非常细致入微，特别是关于全局照明的实现部分，读起来让人感觉自己仿佛正在参与一个尖端的研发项目。我尤其欣赏它在理论和实践之间的平衡，它没有止步于枯燥的数学公式，而是立刻用可操作的代码片段来展示如何将这些复杂的概念转化为屏幕上栩栩如生的画面。对于那些渴望超越普通游戏引擎自带工具集，想要深入骨髓理解渲染真相的开发者来说，这本书无疑是一份厚重的“武功秘籍”。它迫使你跳出舒适区，去思考“为什么”和“如何才能更好”，而不是简单地“照做”。阅读过程中，我常常需要停下来，反复琢磨那些关于向量运算和矩阵变换的章节，那种智力上的挑战感是阅读其他技术书籍时很难获得的。

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**第四段** 阅读体验上，这本书的难度曲线略显陡峭，我感觉自己像是在攀登一座陡峭的山峰，每完成一个章节都像是征服了一个小小的山头。作者的写作风格非常严谨，几乎没有冗余的叙述，每一个句子都承载着信息量，这要求读者必须保持高度的专注。我发现自己经常需要对照参考手册来理解某些专有名词的精确定义，这反而成了一种积极的互补学习过程。这本书最让我印象深刻的一点是，它似乎预设了读者对现代GPU编程模型有着深刻的理解，它直接切入了核心的并行计算和数据流管理层面，没有花费篇幅去解释诸如DirectX或OpenGL的基础API调用流程。这使得全书的内容都紧紧围绕着“如何高效地计算和绘制”这一主题，非常纯粹和集中。对于那些已经厌倦了充斥着大量API调用的“教程式”书籍的人来说，这本书提供了一种更接近底层“黑魔法”的窥探机会。

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**第五段** 我曾尝试寻找过其他声称涵盖3D图形编程的资料，但很多都流于表面，要么是针对特定游戏引擎的脚本教学，要么是对图形学历史的泛泛而谈。然而，这本书展现出一种罕见的、对“实现细节”的执着。比如，它对BSP树、场景图结构以及如何有效地进行视锥体裁剪和遮挡剔除的论述，清晰地展示了性能提升是如何通过精妙的数据结构设计来实现的，而不是单纯依赖更快的硬件。我特别欣赏作者在讨论数据布局和内存访问模式时的那种近乎偏执的细致，这直接关系到最终的运行帧率。对于一个追求极致性能和精确控制的开发者而言，这本书提供的不仅仅是知识，更是一种严谨的工程哲学——在3D图形的世界里，每一个字节和时钟周期都至关重要。读完此书，我感觉自己对“高效能代码”的理解达到了一个新的层次，这是一种从思维模式上进行的重塑。

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**第三段** 这本书的装帧和排版非常讲究，纸张的质感也很好，拿在手上沉甸甸的，很有分量感，这本身就是一种阅读体验的加成。内容编排上，我注意到作者非常注重逻辑的连贯性，从最基础的向量和矩阵运算开始，逐步搭建起一个完整的3D场景所需的所有核心模块。我特别喜欢它对数学概念的引入方式，不是生硬地抛出公式，而是先通过一个实际的渲染问题来引出需求，然后自然而然地过渡到数学工具，这种“问题驱动”的学习路径非常适合我这种实践导向的学习者。虽然书中的某些高级主题，比如体积渲染或者复杂的后处理效果，我目前还未能在我的项目中完全实现，但光是理解它们背后的原理就已经大有裨益。它提供的不仅仅是代码示例，更是一种构建复杂系统的架构思路，这种宏观的视野对于想要成为技术领导者的人来说是至关重要的。

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**第二段** 坦白说，初次翻开这本书时，我差点被那种近乎“硬核”的氛围劝退。它不是那种面向初学者的入门指南，更像是为那些已经掌握了C++基础和基本线性代数知识的“老兵”准备的。然而，一旦我沉下心来，开始跟随作者的思路去构建一个属于自己的小型渲染器框架，那种成就感是无与伦比的。书中对性能优化的探讨非常实在，不像有些书只是空谈理论，这里是真金白银地告诉你，在特定的硬件架构下，哪些代码路径是效率的瓶颈，以及如何通过巧妙的算法重构来解决它。其中关于几何体剔除和LOD（细节层次）管理的章节，简直是救了我正在进行的一个PC端大型场景项目于水火之中。它教会我的不仅仅是“怎么做”，更是“为什么这样做好”。这本书的价值在于，它提供了一种底层思维模式，让你在面对未来新的图形API或者硬件特性时，能够迅速适应并理解其核心原理，而不是被表面的语法所迷惑。

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