3D引擎原理課件

3D引擎原理conanshao3D引擎原理conanshao1目錄什么是3D引擎？引擎的二次開發(fā)，以及最近的技術(shù)趨勢。怎樣開始你的引擎學(xué)習(xí)？目錄什么是3D引擎？2什么是3D引擎？幫助開發(fā)人員合成一個(gè)3D的世界，并且把這個(gè)世界顯示到桌面上。場景文件3D引擎桌面顯示什么是3D引擎？幫助開發(fā)人員合成一個(gè)3D的世界，并且把這個(gè)世3解剖3D引擎從一個(gè)簡單的模型的顯示開始。3D圖形中表示模型的最普遍模式。模型=網(wǎng)格+材質(zhì)。=+解剖3D引擎從一個(gè)簡單的模型的顯示開始。=+43D圖形管線應(yīng)用程序頂點(diǎn)處理幾何處理光柵化片元處理幀緩存3D圖形管線應(yīng)用程序頂點(diǎn)處理幾何處理光柵化片元處理幀緩存53D圖形管線3D圖形管線6相機(jī)的概念相機(jī)的概念7渲染器將場景管理器提交的幾何數(shù)據(jù)，著色數(shù)據(jù)，狀態(tài)數(shù)據(jù)，環(huán)境數(shù)據(jù)渲染到渲染目標(biāo)上。渲染器將場景管理器提交的幾何數(shù)據(jù)，著色數(shù)據(jù)，狀態(tài)數(shù)據(jù)，環(huán)境數(shù)8渲染器幾何數(shù)據(jù)的組織：實(shí)時(shí)圖形學(xué)里面用一堆三角形面片（Mesh）來表達(dá)幾何形狀。Mesh由一系列頂點(diǎn)（頂點(diǎn)緩沖區(qū)）以及索引（索引緩沖）組成。頂點(diǎn)格式，至少有頂點(diǎn)位置，還可能包含法線、切線、副法線、紋理坐標(biāo)等。渲染器幾何數(shù)據(jù)的組織：實(shí)時(shí)圖形學(xué)里面用一堆三角形面片（Mes9渲染器材質(zhì)：描述物體表面著色特性的屬性，在實(shí)時(shí)圖形學(xué)中，通常用著色器，以及一組參數(shù)、渲染狀態(tài)來描述材質(zhì)。著色器是用來描述著色過程（頂點(diǎn)處理、幾何處理、像素處理）的程序。渲染器材質(zhì)：描述物體表面著色特性的屬性，在實(shí)時(shí)圖形學(xué)中，通常10材質(zhì)系統(tǒng)材質(zhì)系統(tǒng)11材質(zhì)系統(tǒng)材質(zhì)系統(tǒng)12材質(zhì)系統(tǒng)材質(zhì)系統(tǒng)13材質(zhì)系統(tǒng)材質(zhì)系統(tǒng)14材質(zhì)系統(tǒng)材質(zhì)系統(tǒng)進(jìn)一步的思考1.材質(zhì)系統(tǒng)如何與環(huán)境信息的交互？2.如何重復(fù)利用shader程序，管理好渲染狀態(tài)？3.如何給美術(shù)人員提供一個(gè)靈活高效的可編輯的材質(zhì)工具？材質(zhì)系統(tǒng)材質(zhì)系統(tǒng)進(jìn)一步的思考15另一個(gè)問題的產(chǎn)生，場景管理有了渲染器，準(zhǔn)備渲染整個(gè)世界。新問題產(chǎn)生，世界太復(fù)雜了！如果每個(gè)東西都要渲染，不可能實(shí)時(shí)。Weneedacull.另一個(gè)問題的產(chǎn)生，場景管理有了渲染器，準(zhǔn)備渲染整個(gè)世界。16裁剪，物體的包圍盒同視錐體比較。如果有交集，則物體可見，反之則不可見。但是問題仍然沒有解決，成千上萬的物體，比較視錐會(huì)占去大量的CPU資源。需要一個(gè)空間數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，來組織裁剪。場景管理裁剪，物體的包圍盒同視錐體比較。如果有交集，則物體可見，反之17八叉樹八叉樹18場景管理高效組織和管理虛擬場景中實(shí)體（相機(jī)，物體，燈光等），處理實(shí)體之間的關(guān)系。實(shí)體的關(guān)系有包含，碰撞，層次關(guān)系等。例如：相機(jī)視錐是否包含一個(gè)實(shí)體，燈光的包圍盒是否包含一個(gè)物體。場景管理高效組織和管理虛擬場景中實(shí)體（相機(jī)，物體，燈光等），19場景圖用于場景管理的具有層次性，空間性，狀態(tài)性的結(jié)構(gòu)稱為場景圖（SceneGraph）.場景圖主要包含下面三部分：一個(gè)層次結(jié)構(gòu)的場景樹，用于處理層次動(dòng)畫，例如一個(gè)怪物在場景中走動(dòng)，另外一個(gè)光球繞著這個(gè)怪物轉(zhuǎn)動(dòng)。一個(gè)用于裁減的空間結(jié)構(gòu)。一個(gè)組織Renderstate的rendergraph。場景圖用于場景管理的具有層次性，空間性，狀態(tài)性的結(jié)構(gòu)稱為場景203D引擎原理ppt課件21場景圖以上圖戰(zhàn)爭機(jī)器中一個(gè)場景為例，場景圖如下：監(jiān)獄室外室內(nèi)房間石墩馬庫斯……馬庫斯場景圖以上圖戰(zhàn)爭機(jī)器中一個(gè)場景為例，場景圖如下：監(jiān)獄室外室內(nèi)22資源管理渲染資源管理：仍以GOF為例，一個(gè)場景的貼圖和模型：3Dmmog中，大量的貼圖，模型，動(dòng)畫等資源。資源需要重用，解決創(chuàng)建，引用，銷毀的問題。而對于另外一些無縫大場景，需要進(jìn)行資源動(dòng)態(tài)加載，資源回收的機(jī)制。圖1場景中使用的紋理資源管理渲染資源管理：圖1場景中使用的紋理23渲染器渲染狀態(tài)的管理：圖形流水線中有多組渲染狀態(tài)，切換渲染狀態(tài)是一個(gè)較大開銷，因此對渲染狀態(tài)進(jìn)行一個(gè)有效的管理，才能保證渲染效率和渲染結(jié)果的正確性。渲染器渲染狀態(tài)的管理：圖形流水線中有多組渲染狀態(tài)，切換渲染狀24渲染器光照和陰影保證了場景的真實(shí)性。渲染器光照和陰影保證了場景的真實(shí)性。25渲染器靜態(tài)光源對靜態(tài)物體可以渲染到lightmap或者vertexcolor上。判定每盞動(dòng)態(tài)光源影響那些物體，注意空間的變換。實(shí)時(shí)陰影算法：1.Shadowmap2.ShadowVolume3.ProjectShadow渲染器靜態(tài)光源對靜態(tài)物體可以渲染到lightmap或者ver26動(dòng)畫系統(tǒng)讓場景中的角色動(dòng)起來。動(dòng)畫：物體的屬性隨時(shí)間變化。關(guān)鍵幀動(dòng)畫：記錄某些時(shí)刻物體的屬性，例如A，B時(shí)刻的位置屬性。A，B之間的時(shí)刻的屬性通過差值得到。動(dòng)畫系統(tǒng)讓場景中的角色動(dòng)起來。27骨骼動(dòng)畫骨骼動(dòng)畫：骨架（skeleton）是由一系列具有層次性的骨骼（bone）組成，通過關(guān)鍵幀動(dòng)畫來描述骨骼的運(yùn)動(dòng)。骨骼動(dòng)畫骨骼動(dòng)畫：骨架（skeleton）是由一系列具有層次28蒙皮蒙皮：把人物模型（mesh），蒙到骨骼上面，就是確定每個(gè)mesh頂點(diǎn)會(huì)受到哪些骨骼的影響。蒙皮蒙皮：把人物模型（mesh），蒙到骨骼上面，就是確定每個(gè)29動(dòng)畫系統(tǒng)粒子系統(tǒng)：用大量的，具有一定規(guī)則的微小物質(zhì)來模擬圖形學(xué)中火、爆炸、煙、水流、火花、落葉、云、霧、雪、塵、流星尾跡等效果。幾種常用的基礎(chǔ)粒子效果有粒子發(fā)射器，條帶，波帶，公告板。動(dòng)畫系統(tǒng)粒子系統(tǒng)：用大量的，具有一定規(guī)則的微小物質(zhì)來模擬圖形30物理引擎要?jiǎng)?chuàng)造出真實(shí)的交互環(huán)境，僅模擬圖像表現(xiàn)是不夠的，還需要游戲中物體滿足物理定理。例如可破壞的游戲環(huán)境帶來的感受是不同的。物理引擎要?jiǎng)?chuàng)造出真實(shí)的交互環(huán)境，僅模擬圖像表現(xiàn)是不夠的，還需31物理引擎基礎(chǔ)需求：角色和場景之間的相交檢測，角色之間的檢測（單機(jī)游戲）。高級需求：可破壞的環(huán)境，布料系統(tǒng)，毛發(fā)效果等，最好使用一個(gè)物理引擎來解決這些。Nvidia的PhyX,Intel的Havok。物理引擎基礎(chǔ)需求：角色和場景之間的相交檢測，角色之間的檢測（32物理物理33高級渲染效果高級渲染效果，比拼引擎的技術(shù)實(shí)力。后期處理效果：Bloom，ToneMapping，景深，動(dòng)態(tài)模糊等。復(fù)雜的光影效果，實(shí)時(shí)陰影，鏡面反射等效果水面效果。大規(guī)模植被效果。高級渲染效果高級渲染效果，比拼引擎的技術(shù)實(shí)力。343D引擎的基礎(chǔ)模塊場景管理資源管理渲染器動(dòng)畫和粒子高級渲染物理引擎3D引擎的基礎(chǔ)模塊場景管理353D引擎的二次開發(fā)3D引擎的外圍：1.場景編輯器，特效編輯器，材質(zhì)編輯器，UI編輯器，模型max/maya導(dǎo)出插件。2.環(huán)境系統(tǒng)。3.換裝系統(tǒng)和技能系統(tǒng)。4.音樂音效系統(tǒng)。3D引擎的二次開發(fā)3D引擎的外圍：363D引擎的二次開發(fā)為什么需要一個(gè)對3D引擎的二次開發(fā)：購買的3D引擎缺少游戲所需的引擎基本功能和外圍功能以GameBryo2.1為例：沒有適用的場景編輯器,特效編輯器.沒有適用的資源管理器(貼圖管理都沒有).沒有適用的高級渲染模塊,雖然有一些samplecode,但是需要做一個(gè)組織和封裝.場景管理也需要重寫部分.換裝系統(tǒng)和技能系統(tǒng)3D引擎的二次開發(fā)為什么需要一個(gè)對3D引擎的二次開發(fā)：購買的37引擎的分類，代表作品高層，魔獸爭霸地圖編輯器?？焖?、簡單易用。只適用于某個(gè)游戲，用來做新關(guān)卡、資料片。中層，unreal、lithtech。相對快速、簡單易用，對開發(fā)人員要求較低。（三個(gè)月學(xué)習(xí)期）。靈活性中等，適合某一類游戲（第一人稱射擊、即時(shí)戰(zhàn)略）底層，gamebryo、ogre。需要二次開發(fā)，對開發(fā)人員要求高。靈活性大，適合各種游戲。引擎的分類，代表作品高層，魔獸爭霸地圖編輯器。快速、簡單易用38國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀天龍八部ogre引擎的成功，完美自主研發(fā)引擎的成功使國內(nèi)游戲開發(fā)界認(rèn)識(shí)到3D游戲引擎的威力。目前多采用基于對Gamebryo，Ogre的二次開發(fā)，或者是自主引擎的研發(fā)。國內(nèi)整體引擎開發(fā)能力較低，經(jīng)常會(huì)犯嚴(yán)重的錯(cuò)誤。國內(nèi)技術(shù)現(xiàn)狀天龍八部ogre引擎的成功，完美自主研發(fā)引擎的成39近期技術(shù)路線趨勢may引擎架構(gòu)圖近期技術(shù)路線趨勢may引擎架構(gòu)圖40近期技術(shù)趨勢支持多核，渲染線程化。任務(wù)從CPU到GPU的轉(zhuǎn)移。可編程渲染管線的支持。近期技術(shù)趨勢支持多核，渲染線程化。41100人測試場景（單線程）100人測試場景（單線程）42100人測試場景（多線程）100人測試場景（多線程）43100粒子反射器測試場景（單線程）100粒子反射器測試場景（單線程）44100粒子反射器測試場景（多線程）100粒子反射器測試場景（多線程）45怎樣開始你的3D引擎學(xué)習(xí)門檻：c\c++,3D圖形數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，超強(qiáng)的耐心，英文基礎(chǔ)。1.選擇一個(gè)圖形API（D3D\OpenGL，連Carmark都放棄了OpenGL，所以還是D3D吧）2.D3D的學(xué)習(xí)，最好的參考文檔還是DXSDK的幫助文檔。從DXSDK最簡單的Tutorial程序開始，逐漸的研習(xí)其中復(fù)雜的例子，并且同時(shí)開始實(shí)時(shí)圖形學(xué)的學(xué)習(xí)。3.當(dāng)比較精通D3D，和圖形學(xué)時(shí)，可以開始看一些引擎設(shè)計(jì)的書籍，研習(xí)一兩個(gè)商業(yè)引擎的代碼（推薦Gamebryo，結(jié)構(gòu)清晰，不推薦unreal3）。4.開始寫自己的引擎，或者參與到一個(gè)引擎的項(xiàng)目中去。怎樣開始你的3D引擎學(xué)習(xí)門檻：c\c++,3D圖形數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，46怎樣開始你的3D引擎學(xué)習(xí)重要的資料1.DXSDK幫助文檔2.RealtimeRendering3.3D.Game.Engine.Architecture.Engineering.Real-Time.Applications.with.W