游戏引擎架构.pdf高清版免费下载

Posted 2021-01-12 hsqdboke

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内容简介
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[1]  《游戏引擎架构》同时涵盖游戏引擎软件开发的理论及实践，并对多方面的题目进行探讨。本书讨论到的概念及技巧实际应用于现实中的游戏工作室，如艺电及顽皮狗。虽然书中采用的例子通常依据一些专门的技术，但是讨论范围远超于某个引擎或API。文中的参考及引用也非常有用，可让读者继续深入游戏开发过程的任何特定方向。
《游戏引擎架构》为一个大学程度的游戏编程课程而编写，但也适合软件工程师、业余爱好者、自学游戏程序员，以及游戏产业的从业人员。通过阅读《游戏引擎架构》，资历较浅的游戏工程师可以巩固他们所学的游戏技术及引擎架构的知识，专注某一领域的资深程序员也能从本书更为全面的介绍中获益。
宣传语：迈向现代游戏之路完美入口 业界万众企盼 隆重推荐
作品目录
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推荐序1 iii
推荐序2 v
译序 vii
序言 xvii
前言 xix
致谢 xxi
第一部分 基础 1
第1章 导论 3
1.1 典型游戏团队的结构 4
1.2 游戏是什么 7
1.3 游戏引擎是什么 10
1.4 不同游戏类型中的引擎差异 11
1.5 游戏引擎概观 22
1.6 运行时引擎架构 27
1.7 工具及资产管道 46
第2章 专业工具 53
2.1 版本控制 53
2.2 微软Visual Studio 61
2.3 剖析工具 78
2.4 内存泄漏和损坏检测 79
2.5 其他工具 80
第3章 游戏软件工程基础 83
3.1 重温C++及最佳实践 83
3.2 C/C++的数据、代码及内存 90
3.3 捕捉及处理错误 118
第4章 游戏所需的三维数学 125
4.1 在二维中解决三维问题 125
4.2 点和矢量 125
4.3 矩阵 139
4.4 四元数 156
4.5 比较各种旋转表达方式 164
4.6 其他数学对象 168
4.7 硬件加速的SIMD运算 173
4.8 产生随机数 180
第二部分 低阶引擎系统 183
第5章 游戏支持系统 185
5.1 子系统的启动和终止 185
5.2 内存管理 193
5.3 容器 208
5.4 字符串 225
5.5 引擎配置 234
第6章 资源及文件系统 241
6.1 文件系统 241
6.2 资源管理器 251
第7章 游戏循环及实时模拟 277
7.1 渲染循环 277
7.2 游戏循环 278
7.3 游戏循环的架构风格 280
7.4 抽象时间线 283
7.5 测量及处理时间 285
7.6 多处理器的游戏循环 296
7.7 网络多人游戏循环 304
第8章 人体学接口设备（HID） 309
8.1 各种人体学接口设备 309
8.2 人体学接口设备的接口技术 311
8.3 输入类型 312
8.4 输出类型 316
8.5 游戏引擎的人体学接口设备系统 318
8.6 人体学接口设备使用实践 332
第9章 调试及开发工具 333
9.1 日志及跟踪 333
9.2 调试用的绘图功能 337
9.3 游戏内置菜单 344
9.4 游戏内置主控台 347
9.5 调试用摄像机和游戏暂停 348
9.6 作弊 348
9.7 屏幕截图及录像 349
9.8 游戏内置性能剖析 349
9.9 游戏内置的内存统计和泄漏检测 356
第三部分 图形及动画 359
第10章 渲染引擎 361
10.1 采用深度缓冲的三角形光栅化基础 361
10.2 渲染管道 404
10.3 高级光照及全局光照 426
10.4 视觉效果和覆盖层 438
10.5 延伸阅读 446
第11章 动画系统 447
11.1 角色动画的类型 447
11.2 骨骼 452
11.3 姿势 454
11.4 动画片段 459
11.5 蒙皮及生成矩阵调色板 471
11.6 动画混合 476
11.7 后期处理 493
11.8 压缩技术 496
11.9 动画系统架构 501
11.10 动画管道 502
11.11 动作状态机 515
11.12 动画控制器 535
第12章 碰撞及刚体动力学 537
12.1 你想在游戏中加入物理吗 537
12.2 碰撞/物理中间件 542
12.3 碰撞检测系统 544
12.4 刚体动力学 569
12.5 整合物理引擎至游戏 601
12.6 展望：高级物理功能 616
第四部分 游戏性 617
第13章 游戏性系统简介 619
13.1 剖析游戏世界 619
13.2 实现动态元素：游戏对象 623
13.3 数据驱动游戏引擎 626
13.4 游戏世界编辑器 627
第14章 运行时游戏性基础系统 637
14.1 游戏性基础系统的组件 637
14.2 各种运行时对象模型架构 640
14.3 世界组块的数据格式 657
14.4 游戏世界的加载和串流 663
14.5 对象引用与世界查询 670
14.6 实时更新游戏对象 676
14.7 事件与消息泵 690
14.8 脚本 707
14.9 高层次的游戏流程 726
第五部分 总结 727
第15章 还有更多内容吗 729
15.1 一些未谈及的引擎系统 729
15.2 游戏性系统 730
参考文献 733
中文索引 737
英文索引 755
精彩节摘
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推荐序1
最初拿到《Game Engine Architecture》一书的英文版，是编辑侠少邮寄给我的打印版。他建议我接下翻译此书的合同。当时我正在杭州带领一个团队开发3D游戏引擎，我和我的同事都对这本书的内容颇有兴趣，两大本打印的英文书立刻在同事间传开。可惜那段时间个人精力顾及不来，把近千页的英文读物精读而后翻译成中文对个人的业余时间是个极大的挑战，不能担此翻译任务颇为遗憾。
不久以后听说Milo Yip（叶劲峰）已开始着手翻译，甚为欣喜。翻译此巨著，他一定是比我更合适的人选。我和Milo虽未曾蒙面，但神交已久。在网络上读过一些他的成长经历，和我颇为相似，心有戚戚。他对游戏3D实时渲染技术研究精深为我所不及，我们曾通过Google Talk讨论过许多技术问题，他都有独到的见解。翻译工作开始后，Milo是香港人，英文技术术语在香港的中文译法和大陆的有许多不同。但此书由大陆出版社出版，考虑到面对的读者主要是大陆程序员，Milo希望能更符合大陆程序员的用词习惯，所以在翻译一开始就通过Google Docs创建了协作页面，邀请大家共同探讨书中技术名词的中译名。从中我们可以一窥他作为译者的慎重。
三年之后，有幸在出版之前就拿到了完整的译本。这是一本用LaTeX精心排版的800页的电子书，我只花了一周时间，几乎是一口气读完。流畅的阅读享受，绝对不仅仅是因为原著精彩的内容，精美的版面和翔实的译注也加了不少分。
在阅读本书的过程中，我不只一次地获得共鸣。例如在第5章的内存管理系统的介绍中，作者介绍的几种游戏特有的内存管理方法我都曾在项目中用过，而这是第一次有书籍专门将这些方法详尽记录；又如第11章动画系统的介绍，我们也同样在3D引擎开发过程中改进原有动画片段混合方法的经历。虽然书中介绍的每个技术点，都可能可以在某篇论文，某本其他的书的章节，某篇网络blog上见过，但之前却无一本书可以把这些东西放在一起相互参照。对于从事游戏引擎开发的程序员来说，了解各种引擎在处理每个具体问题时的方案是相当重要的。而每种方案又各有利弊，即使不做引擎开发工作而是在某一特定游戏引擎上做游戏开发，从中也可以理解引擎的局限性以及可能的改进方法。尤其是第14章介绍的对游戏性相关系统的设计，各个开发人员几乎都是凭经验设计，很少见有书籍对这些做总结。对于基于渲染引擎做开发的游戏程序员，这是必须面对的工作，这一章会有很大的借鉴意义。
本书作者是业内资深的游戏引擎开发人，他所参于的《神秘海域》和《最后生还者》都是我的个人最爱。在玩游戏的过程中，作为游戏程序员的天性，自然会不断地猜想各个技术点是如何实现的，背后需要怎样的工具支持。能在书中一一得到印证是件特别开心的事情。作者反复强调代码实践的重要性，在书中遍布着C++代码。我不认为这些代码有直接取来使用的价值，但它们极大地帮助了读者理解书中的技术点。书中列出的顽皮狗工作室用lisp方言作为游戏配置脚本的范例也给我很大的启发，有了这些具体的代码示例以及作者本身的一线工程师背景，也让我确信书中那些关于主机游戏开发相关等，我所没有接触过的内容都也绝非泛泛而谈。
国内的游戏开发社区的壮大，主要是随最近十年的MMO风潮而生。而就在大型网络游戏在中国有些畸形发展，让这类游戏偏离电子游戏游戏性的趋势时，我们有幸迎来了为移动设备开发游戏的大潮。游戏开发的重心重新回到游戏性本身。我们更需要去借鉴单机游戏是如何为玩家带来更纯粹的游戏体验，我相信书中记录的各种技术点会变的更有帮助。
云风 @简悦云风
推荐序2
在我认识的许多游戏业开发同仁中，只有少数香港同胞，Milo Yip（叶劲峰）却正是这样一位给我印象非常深刻的优秀香港游戏开发者。我俩认识，是在Milo加入腾讯互动娱乐研发部引擎技术中心后，说来到现在也只是两年多时间。其间，他为人的谦逊务实，对待技术问题的严谨求真态度，对算法设计和性能优化的娴熟技术，都为人所称道。Milo一丝不苟的工作风格，甚至表现在对待技术文档排版这类事情上（Milo常执著地用LaTeX将技术文档排到完美），我想这一定是他在香港读大学、硕士及在香港理工大学的多媒体创新中心从事研究员，一贯沿袭至今的好作风。
我很高兴腾讯游戏有实力吸引到这样优秀的技术专家；即使在其已从上海迁回香港家中，依然选择到深圳腾讯互动娱乐总部工作。叶兄从此工作日每天早晚过关，来往香港和深圳两地，虽有舟车劳顿，但是兼顾了对家庭的照顾和在游戏引擎方面的专业研究，希望这样的状况是令他满意的。
认识叶兄当时，我便知道他在进行Jason Gregory所著《游戏引擎架构》一书的中译工作。因为自己从前也有业余翻译游戏开发有关书籍的经历，所以我能理解其中的辛苦和责任重大，对叶兄也更多一分钦佩。我以为，本书以及本书的中文读者最大的幸运便是，遇到叶兄这位对游戏有着如同对家对国般强烈责任感，犹如“游戏科学工作者”般的专业译者！
现在（2013年年末）无疑是游戏史上对独立游戏制作者最友好的年代。开发设备方便获得（相对过往仅由主机厂商授权才能获得专利开发设备，现在有一台智能手机和一台个人电脑就可以开发）、技术工具友好、调试过程简单方便，且互联网上有丰富的例程和开源代码参考，也有网上社区便于交流。很多爱好者能够很快地制作出可运行的游戏原型，其中一些也能发布到应用商店。
但是不全面掌握各方面知识，尤其是游戏引擎架构知识，往往只能停留在勉强修改、凑合重用别人提供的资源的应用程度上，难以做极限的性能改进，更妄谈革命式的架构创新。这样的程度是很难在成千上万的游戏中脱颖而出的。我们所认可的真正的游戏大作，必定是在某方面大幅超越用户期待的产品。为了打造这样的产品，游戏内容创作者（策划、美术等）需要“戴着镣铐跳舞”（在当前的机能下争取更多的创作自由度），而引擎架构合理的游戏可以经得起也值得进行反复优化，最终可以提供更多的自由度，这是大作出现的技术前提。
书的作者、译者、出版社的编者，加上读者，大家是因书而结缘的有缘人。因叶兄这本《游戏引擎架构》译著而在线上线下相识的读者们，你们是不是因“了解游戏引擎架构，从而制作/优化好游戏”这样的理想而结了缘呢？
亲爱的读者，愿你的游戏有一天因谜题巧妙绝伦、趣味超凡、虚拟世界气势磅礴、视觉效果逼真精美等专业因素取得业界褒奖，并得到玩家真诚的赞美。希望届时曾读叶兄这本《游戏引擎架构》译作的你，也可以回馈社会，回馈游戏开发的学习社区，帮助新人。希望你也可以建立微信公众号、博客等，或翻译游戏开发书籍，造福外语不好的读者，所以如果你的外语（英语、日语、韩语之于游戏行业比较重要）水平仍需精进，现在也可以同步加油了！
沙鹰 @也是沙鹰
编辑推荐
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《游戏引擎架构》[2]  由游戏界传奇人物云风及“天天爱消除”团队倾情作序推荐，既是游戏工作者必读Bible，对其他IT从业者也不无裨益。
内容包括：
- 游戏开发中的大规模C++软件架构
- 游戏编程所需的数学
- 供调试、源代码控制及性能剖析的游戏开发工具
- 引擎基础系统、渲染、碰撞、物理、角色动画、游戏世界对象模型等引擎子系统
- 多平台游戏引擎
- 多处理器环境下的游戏编程
- 工作管道及游戏资产数据库
作者简介
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作者介绍：Jason Gregory在1994年开始任职专业软件工程师，自1999年3月开始在游戏产业中任职软件工程师。在圣迭哥Midway Home Entertainment公司开始游戏编程的他，为《疯狂飞行员（Freaky Flyers）》及《Crank the Weasel》开发PlayStation 2/Xbox上的动画系统。在2003年，他转到洛杉矶艺电，为《荣誉勋章：血战太平洋（Medal of Honor: Pacific Assault）》开发游戏引擎及游戏性技术，并在《荣誉勋章：空降神兵（Medal of Honor: Airborne）》中担任首席工程师。他现时是顽皮狗公司的通才程序员，为《神秘海域：德雷克船长的宝藏（Uncharted: Drake‘s Fortune）》及《神秘海域：纵横四海（Uncharted: Among Thieves）》开发引擎及游戏性软件。他也在南加州大学教授游戏技术的课程。
译者简介：叶劲峰（Milo Yip）从小自习编程，并爱好计算机图形学。上中学时兼职开发策略RPG《王子传奇》，该游戏在1995年于台湾发行。其后他获取了香港大学认知科学学士、香港中文大学系统工程及工程管理哲学硕士。毕业后在香港理工大学设计学院从事游戏引擎及相关技术的研发，职至项目主任。除发表学术文章外，也曾合著《DirectX9游戏编程实务》。2008年往上海育碧担任引擎工程师开发《美食从天而降（Cloudy with a Chance of Meatballs）》Xbox360/PS3/Wii/PC，2009年起于麻辣马开发《爱丽丝：疯狂回归（Alice: Madness Returns）》Xbox360/PS3/PC，2011年加入腾讯互动娱乐引擎技术中心担任专家工程师，所研发的技术已用于《斗战神》、《天涯明月刀》、《众神争霸》等项目中。
媒体评论
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本书针对每一个现代游戏开发相关的重要系统和话题，给出一个完美、综合的概览，无论是计算机科学、软件工程，或是游戏主程，以及业余爱好者、游戏玩家，本书均不可或缺。
——获评CHOICE杰出学术作品
……这里有最专业的领域知识与概念讲解……有了它，你将具备对如何构建游戏引擎的深入理解……本书让人印象尤其深刻，因为该领域再也找不到另一本如此详尽的图书。
——Eric Haines
作者将数年经验及专业积累集中在这本完整、全面的著作中，内容跨越游戏引擎开发理论与实践。书中提供的游戏开发过程各方面的精彩实例，保罗万象且对读者大有补益。不仅游戏引擎开发人员看后会大受鼓舞，甚至也可作为有经验的该领域技术专家的实用参考。本书可谓无价，除内容“用户友好”外，其附录也值得强烈推荐，无论是个人开发者、专家还是计算机科学学术人员，都可将其作为资源集合与参考资料，当然游戏设计架构人员更是不可不读。
——The Midwest Book Review
本书涵盖有关如何开发游戏引擎要旨的巨量数据。
——Gamasutra, November 2009
本书曾位列“the Game Developer”杂志前沿大奖候选图书。
——PR Newswire
前言
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最早的电子游戏完全由硬件构成，但微处理器（microprocessor）的高速发展完全改变了游戏的面貌。现在的游戏是在多用途的PC和专门的电子游戏主机（video game console）上玩的，凭借软件带来绝妙的游戏体验。从最初的游戏诞生至今已有半个世纪，但很多人仍然认为游戏是一个未成熟的产业。即使游戏可能是个年轻的产业，若仔细观察，也会发现它正在高速发展。 现时游戏已成为一个上百亿美元的产业，覆盖不同年龄、性别的广泛受众。
千变万化的游戏，可以分为从纸牌游戏到大型多人在线游戏（massively multiplayer online game，MMOG）等多个种类（category）和“类型（genre）”，也可以运行在任何装有微芯片（microchip）的设备上 。你现在可以在PC、手机及多种特别为游戏而设计的手持/电视游戏主机上玩游戏。家用电视游戏通常代表最尖端的游戏科技，又由于它们是周期性地推出新版本，因此有游戏机“世代”（generation）的说法。最新一代的游戏机包括微软的Xbox 360和索尼的PlayStation 3，但一定不可忽视长盛不衰的PC，以及最近非常流行的任天堂Wii。
最近，剧增的下载式休闲游戏，使这个多样化的商业游戏世界变得更复杂。虽然如此，大型游戏仍然是一门大生意。今天的游戏平台非常复杂，有难以置信的运算能力，这使软件的复杂度得以进一步提升。所有这些先进的软件都需要由人创造出来，这导致团队人数增加，开发成本上涨。随着产业变得成熟，开发团队要寻求更好、更高效的方式去制作产品，可复用软件（reusable software）和中间件（middleware）便应运而生，以补偿软件复杂度的提升。
由于有这么多风格迥异的游戏及多种游戏平台，因此不可能存在单一理想的软件方案。然而，业界已经发展出一些模式 ，也有大量的潜在方案可供选择。现今的问题是如何找到一个合适的方案去迎合某个项目的需要。再进一步，开发团队必须考虑项目的方方面面，以及如何把各方面集成。对于一个崭新的游戏设计，鲜有可能找到一个完美搭配游戏设计各方面的软件包。
现时业界内的老手，入行时都是“开荒牛”。我们这代人很少是计算机科学专业出身（Matt的专业是航空工程、Jason的专业是系统设计工程），但现时很多学院已设有游戏开发的课程和学位。时至今日，为了获取有用的游戏开发信息，学生和开发者必须找到好的途径。对于高端的图形技术，从研究到实践都有大量高质量的信息。可是，这些信息经常不能直接应用到游戏的生产环境，或者没有一个生产级质量的实现。对于图形以外的游戏开发技术，市面上有一些所谓的入门书籍，没提及参考文献就描述很多内容细节，像自己发明的一样。这种做法根本没有用处，甚至经常带有不准确的内容。另一方面，市场上有一些高端的专门领域书籍，例如物理、碰撞、人工智能等。可是，这类书或者啰嗦到让你难以忍受，或者高深到让部分读者无法理解，又或者内容过于零散而难于融会贯通。有一些甚至会直接和某项技术挂钩，软硬件一旦改动，其内容就会迅速过时。
此外，互联网也是收集相关知识的绝佳工具。可是，除非你确实知道要找些什么，否则断链、不准确的资料、质量差的内容也会成为学习障碍。
好在，我们有Jason Gregory，他是一位拥有在顽皮狗（Naughty Dog）工作经验的业界老手，而顽皮狗是全球高度瞩目的游戏工作室之一。Jason在南加州大学教授游戏编程课程时，找不到概括游戏架构的教科书。值得庆幸的是，他承担了这个任务，填补了这个空白。
Jason把应用到实际发行游戏的生产级别知识，以及整个游戏开发的大局编集于本书。他凭经验，不仅融汇了游戏开发的概念和技巧，还用实际的代码示例及实现例子去说明怎样贯通知识来制作游戏。本书的引用及参考文献可以让读者更深入探索游戏开发过程的各方面。虽然例子经常是基于某些技术的，但是概念和技巧是用来实际创作游戏的，它们可以超越个别引擎或API的束缚。
本书是一本我们入行做游戏时想要的书。我们认为本书能让入门者增长知识，也能为有经验者开拓更大的视野。
Jeff Lander
Matthew Whiting
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