3D游戏引擎的研究与实现

论文摘要

由于我国游戏产业发展迅猛,而游戏引擎在游戏开发中起着至关重要的作用,它具有很强的重用性、独立性、通用性。另外游戏引擎可以非常方便的移植到其它同类型游戏开发中,极大的缩短游戏开发周期,提高游戏开发的效率。本文对游戏引擎的特点进行了详细分析,在此基础上设计了一种游戏引擎的原型体系,并将其分为引擎内核和引擎外部接口。引擎内核主要提供场景管理,资源管理,渲染模块,物理系统,数学通用库,人工智能等主要功能。引擎外部接口提供输入模块,脚本模块和音频模块。本文对此框架下3D游戏引擎的各个模块做了研究和探讨,并实现了其中的部分功能。本文所做的主要研究工作和创新性体现在以下几个方面：1)采用基于人物骨架的骨骼蒙皮方式实现人物动画。该方法解决了关节动画中的裂痕和关键帧动画的存储空间过大问题,同时兼顾了灵活性和真实感。此外,本文在骨骼动画的融合和过渡做了一些探讨。2)随着现在游戏中的物体越来越多,如果采用单一的碰撞检测算法,对于游戏场景中的物体进行碰撞检测效率比较低。在本文中尝试使用多种算法相结合,并使用逐步求精的方式进行碰撞检测。3)由于图形界面在一个游戏中有着非常重要的作用和地位,本文设计并实现了一个基于静态脚本语言的GUI系统,从而使GUI编辑器和游戏引擎可以有机的结合起来。4)在文中介绍了基于DirectSound的音频模块的设计和实现过程,包括对于声音的混合和播放,使用软件的方式实现了3D声音效果。此外,在研究分析的基础上,本文对一些关键问题提出了一些可能改进或实现的假设。本文实现了游戏引擎中的部分模块,经过测试,这些模块的性能基本满足实时性的要求。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 游戏引擎概述
• 1.2 游戏引擎研究的目的和意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文主要研究的内容
• 第2章 游戏引擎的架构
• 2.1 游戏引擎框架图
• 2.2 引擎内核
• 2.2.1 场景管理
• 2.2.2 资源管理
• 2.2.3 渲染模块
• 2.2.4 物理子系统
• 2.2.5 数学通用模块
• 2.2.6 人工智能
• 2.3 引擎外部接口
• 2.3.1 输入模块
• 2.3.2 脚本模块
• 2.3.3 音频模块
• 第3章 骨骼蒙皮动画
• 3.1 人物骨骼动画概述
• 3.2 人物的骨架和皮肤的构建
• 3.2.1 人物骨架的构建技术
• 3.2.2 人物皮肤构造技术
• 3.3 骨骼蒙皮的人物动画
• 3.3.1 骨骼动画的设计
• 3.3.2 骨骼动画的实现
• 3.4 进阶骨骼动画
• 3.4.1 骨骼动作混合和过渡
• 3.4.2 进阶骨骼的设计
• 第4章 碰撞检测
• 4.1 碰撞检测概述
• 4.2 游戏中的碰撞检测算法
• 4.2.1 空间剖分法
• 4.2.2 层次包围盒法
• 4.2.3 三角形的相交测试
• 4.3 碰撞检测的设计
• 4.3.1 初步检测阶段
• 4.3.2 详细检测阶段
• 第5章 基于脚本的GUI
• 5.1 GUI界面的设计原则及架构
• 5.1.1 GUI界面的设计原则
• 5.1.2 GUI的架构设计
• 5.2 GUI控件
• 5.2.1 按钮类,复选框,滚动条
• 5.2.2 文本编辑
• 5.2.3 列表框
• 5.2.4 进度条
• 5.3 基于脚本的GUI设计
• 5.3.1 脚本语言
• 5.3.2 GUI的设计
• 第6章 音频模块
• 6.1 音频模块
• 6.2 DirectX对音频的支持
• 6.3 DirectSound的播音过程和实现
• 6.4 三维音效的生成
• 6.4.1 三维声音中的三维空间
• 6.4.2 影响3D声音效果的主要因素
• 6.4.3 三维真实感声音的实现
• 第7章 系统的实验结果
• 第8章 总结与展望
• 8.1 论文总结
• 8.2 未来工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读期间发表的论文和参加的项目