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3d游戏中碰撞检测算法的研究

3D游戏中碰撞检测算法的研究

作者：姜那吉林农业大学

学位级别：硕士

虚拟现实技术已经不再是新兴产业，作为一个日渐成熟的科研领域，其研究内容主要都集中在提高算法效率、改进技术性能方面。游戏产业凭借互联网的普及，近些年已逐步发展成为虚拟现实领域中的标志性核心产业。面对玩家对游戏画面质量要... 详细信息

虚拟现实技术已经不再是新兴产业，作为一个日渐成熟的科研领域，其研究内容主要都集中在提高算法效率、改进技术性能方面。游戏产业凭借互联网的普及，近些年已逐步发展成为虚拟现实领域中的标志性核心产业。面对玩家对游戏画面质量要求的不断提高，除了模型、地图的制作受到了极大的考验之外，碰撞检测技术更是面临着巨大的挑战。精美的画面背后是数以万计的三角面片，大规模游戏场景的复杂度直接制约了碰撞检测的效率。鉴于人眼识别画面帧的速度慢于计算机刷新的速率，因此在游戏中的仿真、碰撞检测对实时性的要求高于精准性的要求。本文以此为突破口，对已有方案进行改进，以达到提高碰撞检测效率及性能的目标。其主要研究内容包括以下方面：1.基础分析。通过文献阅读的方式找出在游戏中经典常用的碰撞检测方案，并学习相关技术予以实现。针对算法的特征以及其适用范围，归纳总结出他们的优缺点;在研究实践阶段，了解和掌握碰撞检测中涉及的数学基础知识，为本文课题研究奠定坚实基础。2.解决方案。针对游戏中主要存在的两类不同的碰撞检测，确定不同的解决思路。在碰撞检测系统可分段完成的基础上，使用不同的技术来满足碰撞检测算法的阶段性要求，从而提高游戏中碰撞检测的效率及性能。该部分研究主要集中于两个方面：首先，将射线技术、SAP技术应用于初步碰撞检测阶段，针对动态研究对象与静态场景之间的碰撞检测——通过动态研究对象所在包围盒中心点发出的射线与BSP空间划分过的静态场景进行相交测试;针对动态研究对象之间的碰撞检测——利用AABB包围盒在轴向进行投影，并通过数组存储进行插入排序，然后通过轴向重叠情况的判定来剔除不可能发生碰撞的研究对象。其次，利用粒子群优化算法以及随机方法进行精确碰撞检测，将可能发生碰撞的包围盒中心点作为采样点构建搜索空间，满足条件的情况下不断更新，最终返回最优结果。最后，将精确碰撞检测阶段计算出发生碰撞的研究对象进行最终的图元相交测试，为碰撞的响应提供必要信息。3.实验分析。利用OpenGL实现本文改进方案，并利用开源的Opcode碰撞检测库再次实现，同时分析算法改进前后的效率与性能。实验证明本文改进方案在大多数情况下都表现良好，检测效率有所提高，并且性能优越。该部分还将改进方案应用于游戏引擎中，证明该方案具有可操作实用性。

关键词： 3d游戏碰撞检测射线技术 SAP技术粒子群优化算法

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3d游戏渲染引擎的设计与实现

3D游戏渲染引擎的设计与实现

作者：于克宁北京交通大学

学位级别：硕士

3d游戏引擎是3d游戏的技术核心,它在计算机图形学知识的基础上,充分利用计算机的软硬件平台,使3d游戏的开发更加高效快捷。游戏开发人员在游戏引擎的支撑下,可以只需关注游戏的逻辑实现,从而大大降低游戏开发的成本。因此游戏引擎的好... 详细信息

3d游戏引擎是3d游戏的技术核心,它在计算机图形学知识的基础上,充分利用计算机的软硬件平台,使3d游戏的开发更加高效快捷。游戏开发人员在游戏引擎的支撑下,可以只需关注游戏的逻辑实现,从而大大降低游戏开发的成本。因此游戏引擎的好坏直接关系到一款游戏的成败。现在游戏引擎除了国际上知名的外,并没有形成很好的开发环境,而国内在游戏引擎方面也没有很多的核心技术。本人在充分学习现有引进的游戏引擎技术的基础上,主要探讨了游戏引擎中的3d渲染部分,建立了一款基于directX的游戏渲染引擎模型,并利用该渲染引擎实现了对地形、模型以及特效的渲染。首先本人在介绍3d游戏渲染引擎相关的知识的同时,综合运用面向对象的思想和方法,在directX的基础上架构和实现了一款3d游戏渲染引擎。该渲染引擎包括场景管理、地形管理、模型动画、特效管理等几个重要部分;对于各个子模块本人给了详细的架构图并对子模块中使用的技术进行了相应的介绍,例如在地形管理模块,使用高度图描述地形生成的算法和地形分块处理的算法;在场景管理中,使用场景裁剪的算法,裁剪掉视口外的模型,减少场景渲染数量,提高引擎渲染的效率;在特效模块本文给出了特效模块整体的架构图,并且给出了特效部分粒子系统、雾化效果、公告板技术等各个子模块设计的详细流程图;在模型动画模块给出了骨架层次结构以及动画生成的方法。其次本人在设计框架的基础上,给出了引擎各个子系统具体实现的方法;其中包含该引擎各个子系统具体类图以及类与类之间的关系图,并对部分类的数据结构进行了必要的说明,对各个子系统主要的实现函数的功能进行了相应的说明。对各个子模块,本文展示了本引擎在利用商业模块渲染后的效果图。最后本人分析了该渲染引擎各个方面的性能,并且与商业使用的游戏引擎渲染部分进行了对比,提供了一组比对的数据,说明了优化的方向。

关键词： 3d游戏游戏引擎渲染器架构

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3d游戏实时图形渲染框架的设计与实现

3D游戏实时图形渲染框架的设计与实现

作者：何广鹏西南交通大学

学位级别：硕士

3d游戏产业链在这十几年中发展得十分迅猛,游戏内容越来越复杂,功能越来越多,开发成本也变得越来越高。为了解决游戏开发成本高的问题,人们提出将3d游戏中功能相近的部分整合成一个游戏引擎工具集以减轻3d游戏制作流程中的人力成本和时... 详细信息

3d游戏产业链在这十几年中发展得十分迅猛,游戏内容越来越复杂,功能越来越多,开发成本也变得越来越高。为了解决游戏开发成本高的问题,人们提出将3d游戏中功能相近的部分整合成一个游戏引擎工具集以减轻3d游戏制作流程中的人力成本和时间成本。尽管如此,目前大多数的游戏引擎仍然拥有复杂难懂的内容,游戏开发者往往需要花费很高的学习成本去了解和学习引擎的用法,而如何让游戏开发者花费最短的时间去学习一个游戏开发平台也是目前众多的游戏引擎所需要迫切解决的问题。本文以现代3d游戏设计技术为研究背景,设计并实现了一个3d游戏开发平台。该平台以尽可能减少游戏开发者学习成本和制作成本,并尽可能发挥现代图形处理器游戏图形效能为目标进行设计,为游戏开发者提供了简单方便的的功能接口。该平台在设计过程中使用了XML构建游戏场景数据,使用高级语言C#构建游戏逻辑脚本,游戏开发者只需要设计游戏场景数据文件和游戏脚本逻辑文件,就可以快速的制作一个3d游戏,而不必再去关心游戏中的资源如何管理、场景如何进行渲染等底层功能的程序实现问题。本平台包括一个3d游戏播放器和相应的游戏脚本,播放器可以将游戏开发者创建的XML场景数据和C#的游戏脚本数据解析构建成为3d游戏,并在播放器中封装并实现了图形渲染、游戏场景的展示、游戏角色的展示、游戏角色的逻辑控制、物理碰撞等功能。此外本平台还提供了一个游戏资源预处理的框架,它将游戏的原始资源转换成为播放器中使用的资源格式,并对资源数据进行封装。最后本文设计了一个简单的3d游戏例程以验证本系统的正确性和实用性。论文一共分为六个部分,第一部分介绍了3d游戏开发的研究意义背景和国内外现状,以及论文的主要工作和论文的组织结构;第二部分对3d游戏开发平台系统做需求分析,包括系统的预期设计目标及其功能需求和非功能性需求;第三部分介绍了3d游戏开发平台的总体设计方法,系统的体系结构及其功能模块的划分和设计;第四部分介绍了游戏开发平台的各个功能模块的详细设计及其关键技术的实现;第五部分使用本平台设计实现了一个3d游戏实例;最后对论文工作进行了总结和展望。

关键词： 3d游戏 3d游戏开发平台图形渲染 GPU directX

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3d游戏引擎的设计与实现

3D游戏引擎的设计与实现

作者：阮复初西南交通大学

学位级别：硕士

3d游戏引擎是3d游戏设计的核心技术,它充分使用了计算机的各种软硬件资源,使3d游戏设计变得更加快捷高效。由于使用了引擎,使得游戏开发人员只需专注于游戏的逻辑实现,而具体怎么使用计算机来模拟游戏世界则交由引擎来实现,从而大大降... 详细信息

3d游戏引擎是3d游戏设计的核心技术,它充分使用了计算机的各种软硬件资源,使3d游戏设计变得更加快捷高效。由于使用了引擎,使得游戏开发人员只需专注于游戏的逻辑实现,而具体怎么使用计算机来模拟游戏世界则交由引擎来实现,从而大大降低了游戏开发成本。同样游戏引擎开发也是游戏开发过程中技术积累的最佳方式,是设计游戏的必要步骤,具有十分重要的意义。本设计采用了面向对象的程序设计方法,主要实现了五个部分的功能：引擎控制、图形渲染、资源管理、输入管理以及部分场景元素的实现。引擎控制部分负责整个引擎的初始化、内部管理、以及资源回收。它既是用户使用引擎的入口,也管理引擎所有的子功能模块。图形处理模块负责3d游戏中所有3d和2d图形的处理。为了高效管理大量的3d图元,在深入研究计算机硬件结构的基础上,本设计对渲染数据进行了重新组织,从而使其更适合于计算机硬件处理。资源管模块则通过对各种资源进行分类,并提供相应的管理器,使得用户可以方便地管理开发过程中使用的各种资源。同时,很多游戏要求对玩家的输入消息进行快速的响应,而传统基于Windows消息机制的输入管理,不能满足这一要求。因此本设计使用了directX的dInput组件来实现用户输入数据的快速处理。最后结合室外场景模拟的相关理论,还实现了室外地形、天空、水等自然元素的模拟,从而进一步丰富了引擎的功能。本文以当前国内外3d游戏引擎研究现状为基础,深入研究了3d游戏引擎开发过程中所使用的相关技术和理论。在总体设计部分,首先描述了3d游戏引擎的功能需求,并对整个系统进行了功能模块的划分,同时对这些模块的具体功能进行了详细描述。在详细设计部分,分别对各个功能模块的具体实现进行了阐述。同时,本文还以一个具体应用为例演示了如何配置引擎使用的环境,和引擎的具体使用方法。最后对设计所完成的工作进行了总结,同时描述了设计过程中存在的问题及日后需完善的地方。

关键词： 3d游戏 3d游戏引擎 directX 3d渲染室外场景模拟游戏资源

基于unity引擎的3d游戏客户端系统设计与实现

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基于unity引擎的3D游戏客户端系统设计与实现

作者：龚高强华中科技大学

学位级别：硕士

选题来自于实习公司的项目《Pixel World》,它是一款用Unity3d开发的大型多人在线角色扮演游戏(MMORPG)。随着网络的普及,网络游戏逐渐进入了人们的日常生活中。越来越多人接触到了网络游戏,游戏产业得到了长足的发展,尤其是手游行业,... 详细信息

选题来自于实习公司的项目《Pixel World》,它是一款用Unity3d开发的大型多人在线角色扮演游戏(MMORPG)。随着网络的普及,网络游戏逐渐进入了人们的日常生活中。越来越多人接触到了网络游戏,游戏产业得到了长足的发展,尤其是手游行业,由于近年来智能手机的快速发展与普及,手机已成为人们生活中主要的商务以及娱乐工具,手游作为娱乐的一个重要板块,其受众面已超过5亿人,市场规模超过1400亿人民币。在如此大的市场下,越来越多的公司开始投入游戏这个行业。而Unity3d作为一款专业的游戏引擎,其拥有的跨平台特性,为开发手机游戏提供了便利。论文首先介绍Unity3d引擎,对其界面、特性等进行了详细描述,并与市面上其它几款引擎进行了比较,使读者直观地感受到Unity3d引擎的优点。之后描述了该项目客户端的结构及其包含的的各个功能模块,并对笔者参与制作的功能模块的工作与工作流程进行了说明,使读者可以初步了解一个游戏客户端的轮廓。最后给出了这些功能模块的实现,阐述了它们所涉及的UI、所含类中的方法、具体工作的流程和相关代码,给读者展示了一个游戏的部分模块详细制作过程。Unity3d相对于其它游戏引擎比较容易上手,但由于国内研究起步较晚,还并未有完善系统的教程。希望本文能在比较好的对研究生阶段所学做出总结的基础上,能对游戏开发感兴趣的人提供一个方向,同时也为使用Unity3d进行游戏开发的商业人士提供一些参考。

关键词： 3d游戏客户端系统 unity引擎跨平台

集成显卡也耍玩3d游戏：5款高性能集成主板--览

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微型计算机 2005年第22期25卷 6-8页

作者：袁怡男

长期以来,主板集成显卡的3d性能一直不佳。无论VIA K8M800的S3 UniChrome Pro还是SiS66l的Real 256E.都还只支持drectx7标准的3d特效,已经满足不了当前主流3d游戏的需要.除了纯粹用于2d应用以外,就算是普通家庭用户也对它们不感兴趣．... 详细信息

长期以来,主板集成显卡的3d性能一直不佳。无论VIA K8M800的S3 UniChrome Pro还是SiS66l的Real 256E.都还只支持drectx7标准的3d特效,已经满足不了当前主流3d游戏的需要.除了纯粹用于2d应用以外,就算是普通家庭用户也对它们不感兴趣．原因很简.单现在的PC已经成为生活娱乐的一部分,谁又能保证自己不会用电脑来玩玩3d游戏呢？所以,Radeon 9550和GeForce FX5200这样的低端独立显卡才能在市场上大行其道.

关键词： 3d游戏集成显卡 3d性能主板 GeForce Radeon FX5200 Real 3d特效家庭用户

基于人工智能角色的3d游戏开发平台的设计与实现

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基于人工智能角色的3D游戏开发平台的设计与实现

作者：刘灵均西南交通大学

学位级别：硕士

随着游戏产业日新月异的发展,3d游戏引擎的开发已经成为游戏开发过程中必不可少的环节。现在3d游戏引擎中与游戏开发有关的传统技术的集成度已经达到了很高的标准,涵盖了图形渲染、物理引擎、场景管理及资源管理等内容。而关于3d游戏开... 详细信息

随着游戏产业日新月异的发展,3d游戏引擎的开发已经成为游戏开发过程中必不可少的环节。现在3d游戏引擎中与游戏开发有关的传统技术的集成度已经达到了很高的标准,涵盖了图形渲染、物理引擎、场景管理及资源管理等内容。而关于3d游戏开发的新技术之一的人工智能(AI),由于受到人工智能理论的发展和实时计算的双重限制,人工智能模块并不能完全依赖游戏引擎,而需要用脚本语言来进行研发,并没有集成到游戏引擎中。因此增加了游戏开发人员的技术要求,提高了游戏开发难度,这是目前众多的游戏引擎都需要迫切解决的问题。本文以现代3d游戏设计技术和游戏人工智能算法作为研究背景,以完成人工智能角色为核心,设计并实现了一个3d游戏开发平台。该平台使用了最新的图形渲染接口directX 12来进行实时高效的图形渲染。该平台采用XML游戏文件格式,能够对游戏项目、游戏场景、游戏资源进行有效的管理。该平台还使用了通用性较强的数据结构和功能接口,以满足不同格式资源的需求以及更多功能的扩展。该平台集成了有限状态机、自动寻径、动作控制等最常用的人工智能算法,让游戏开发者能够更简洁快速地设计游戏,省去编写脚本的复杂过程。本平台包括了一个能够对游戏项目所需的文件进行编辑和管理的3d游戏开发程序和一个能够根据游戏项目文件的配置来实现游戏场景的渲染呈现以及游戏的逻辑运行的3d游戏运行程序。最后,使用该平台制作的不同的3d游戏场景来验证人工智能角色配置的有效性。本文首先介绍了3d游戏引擎以及游戏中人工智能开发的研究意义、背景、国内外现状以及论文的主要内容和论文章节的安排;接下来的部分对3d游戏开发平台进行了的需求分析和总体设计;然后介绍了游戏开发程序的详细设计方案以及游戏运行程序关键技术的实现;最后介绍了使用本平台配置出的人工智能角色在不同3d游戏场景中的测试结果,并对论文工作进行了总结,对下一步研究工作进行了展望。

关键词： 3d游戏 3d游戏开发平台人工智能角色 directX 12

基于Symbian OS的面向手机3d游戏的图形引擎设计与实现

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基于Symbian OS的面向手机3D游戏的图形引擎设计与实现

作者：刘阳电子科技大学

学位级别：硕士

就最近几年的技术发展和国际市场趋势分析,智能手机无疑将是未来手机的主流发展方向。而在目前的手机操作系统中,Symbian一直占据着无人撼动的主导地位。另一方面移动平台3d图形引擎技术,在游戏、动画及GPS定位系统中的应用也越来越广... 详细信息

就最近几年的技术发展和国际市场趋势分析,智能手机无疑将是未来手机的主流发展方向。而在目前的手机操作系统中,Symbian一直占据着无人撼动的主导地位。另一方面移动平台3d图形引擎技术,在游戏、动画及GPS定位系统中的应用也越来越广泛。由于目前市场的迫切需求以及Symbian操作系统具有诸多优点,本课题在此背景下被提出。在本课题中,我们根据手机移动平台的特点,实现了一款基于Symbian操作系统的手机3d图形引擎。本课题主要是面向3d游戏,在智能手机平台Symbian操作系统下,采用软件渲染方式实现的一款8位颜色模式三维图形引擎。理论基础是计算机图形学,开发环境是Symbian操作系统上的C++编程。主要研究内容包括:计算机图形学、3d数学、Symbian操作系统及其开发环境。本课题的研究路线分为四个主要的阶段进行:文献阅读和理论学习阶段、理论分析和方案设计阶段、应用程序开发阶段和论文撰写阶段。最终课题完成了3d数学引擎、三维坐标变换、基本光照、实体着色、2d、3d裁剪与剔除、仿射纹理映射、深度缓存测试和BSP二元空间划分等功能。本文首先介绍了Symbian操作系统,包括开发环境的搭建,应用程序框架及一些Symbian C++编程基础,例如时钟对象的使用、按键处理、绘图操作等。然后介绍了3d数学,这部分内容详细介绍了三维图形学中所涉及到的数学知识,为后面的章节打下基础,包括定点数、三角函数、向量和矩阵等内容。在此基础上,依次介绍了三维坐标系统、3d渲染和3d裁剪几个功能模块。3d渲染主要包括光照、纹理以及光栅化等内容。3d裁剪主要包括裁剪和剔除、Z缓冲以及二元空间划分等内容。最后总结了课题实现的功能,分析了接下来的工作。由于手机平台内存容量和硬件性能的限制,许多功能无法按照常规的理论去实现。针对这一问题,文中提出了许多特别的方法。例如光照,引擎采用了查找颜色表的方式来实现,虽然效果不是十分完美,但是在精度要求不高的情况下,可以满足一般的需求。再例如半透明的功能,引擎采用了创建Alpha混合表的方式来实现,有效地减少了计算量。

关键词：图形学 3d图形引擎 3d游戏 Symbian 智能手机

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3d游戏中的粒子系统

电脑编程技巧与维护 2005年第9期 76-78页

作者：赵军

根据《游戏开发中的粒子系统分析》一文,介绍利用OpenGL制作的3d粒子系统。

关键词： Particle OpenGL 粒子系统 3d游戏系统分析游戏开发