怎样学好3D游戏引擎编程

　    引擎编程是3D游戏的支柱，也是3D游戏最深奥的地方。通过把数学，物理，模型制作联系起来建立起引擎的核心部位，第几决定了一个楼盘的好坏，一个好的引擎编程的建立也决定了一个游戏的质量，而学好引擎编程更能让你在3D游戏里成为大师，无限遨游。

　　《3D游戏编程大师技巧》继承了《WINDOWS游戏编程大师技巧》里面2D函数，然后3D功能以及流水线和引擎都是自己完成，这本书的代码量要有十几万，我当时用C++重新封装了《3D游戏编程大师技巧》代码，自己设计了一个面向对象固定流水线模式，代码量13W左右，这个过程很艰辛，这本书我看了2遍，最后一共零零散散花费了大约9。10个月的时间。你会感觉你立刻升级了，HP，MP，CP都增长了，当然也包括RP，哈哈！（不知道这些术语的，大家多玩玩RPG游戏吧！）

　　好东西去追求，不要怕浪费时间，浪费精力，你想想，你得到的最后会大于你的付出，这些都不算什么。很多人问我怎么学3D，我建议他们不能着急，要从学《3D游戏编程大师技巧》开始，大约要8，9个月时间，把每个细节都弄明白，闭上眼睛，怎么实现就很清楚，书上每一页写什么都很明确。他们都觉得浪费时间，那么这样是永远学不好的

　　13D数学是你要攻克的

　　虽然你数学学的好，但国内的教科书还是和游戏中用的有些不同，毕竟没有上过专门讲解游戏中数学知识的课程。这需要你系统学习游戏编程中数学，3*3矩阵为什么有的人用，而有的人用4*4矩阵，为什么有的用矩阵转置有的用矩阵的逆。《3D游戏编程大师技巧》这本书介绍的很详细，还有一本书就是《3D数学基础：图形与游戏开发》很不错（有中文的），先系统学习下，然后在学习游戏编程时，不懂的时候，再回头看看这些书，把所有的东西都彻底弄清。你如果数学基础好，学这些都很容易，以后游戏编程中最深奥的地方之一就是数学。

　　基本上我总结下，你要知道的是：

　　向量4维和3维向量有什么不同

　　矩阵4*4和3*3矩阵有什么不同

　　四元数

　　ELUER角

　　以后有机会深入研究碰撞中的各种算法，还会遇到很多关于数学的问题，上面只是渲染有关系。

　　23D流水线的实现过程

　　我无法用言语来表明这个过程的重要性，整个3D流水线是是3D游戏的脊柱，你的基础知识牢固与否，主要看你这里。3D流水线每一个细节我希望大家都要搞清楚，这个过程对初学者是要花费大量的时间专研与琢磨，D3D的固定流水线都是由硬件完成，如果你的硬件不支持，它会用软件模拟，好，关键就在这里，软件模拟是怎么回事，而《3D游戏编程大师技巧》的流水线是自己用C语言写的，也就是用软件完成，这样你能了解整个流水线的细节，同时你在学D3D时，对照着来学，你会发现，D3D学起来很容易。现在D3D和硬件都支持可编程流水线，而且DX10没有固定流水线，所有变换过程都用SHADER语言控制显卡完成，这个过程是3D流水线的缩影，所以3D流水线的重要性是是可想而知的。

　　我说了这么多，3D流水线对你是一个新鲜的名词，我也没有去解释它，我不想去解释，完全留给你自己去，我始终坚持着，我只告诉你去的路，路上有什么困难，应该怎么走，你自己去体会这条路上的酸甜苦辣。我希望大家多花些时间在这上面，真真正正的自己写代码实现一下，基础对你真的很重要，记住我说的话，很多人学习时，认为自己理解了，没有去实现，其实还是那句话“纸上得来终觉浅，绝知此事必躬行”，相信我，没错的。

　　基本上我总结下，你要知道的是：

　　3D中的顶点结构，每个分量都用来干什么，三角形是基本渲染单元。

　　模型空间——》世界空间——》相机空间——》投影空间——》屏幕空间——》光栅化这个过程和运行原理

　　材质究竟是什么？

　　常用的宏光照模型原理，光源类型

　　光源和材质和法向量关系

　　光照在哪个空间去执行（其实不是很严格）

　　纹理寻址，纹理映射方式，纹理混合，纹理过滤。

　　1D2D3DCUBE纹理

　　Z1/Z缓冲

　　2种相机模型

　　ALPHA透明

　　关于光栅化三角形要特别注意，他最后混合纹理和光照颜色和ALPHA透明，还要判断深度缓冲，最后是插值填写每个象素。

　　3D3D究竟要如何学习

　　《3D游戏编程大师技巧》和D3D流水线过程还是有些差别的，比如在投影矩阵上，其实它们都是大同小异，只不过表现形式不同，原理都一样。我希望大家自己可以找出来，深刻理解里面原理。

　　还有一个重要的东西，就是哪些是D3D开发游戏必须有的，哪些是D3D自己扩展的。必须有的，就是同硬件打交道的部分，而D3D中自己扩展了很多库函数，例如数学库，这个完全可以没有，我们自己来实现，还有D3D中的EFFECT接口，它自己定义的。X文件所有函数接口。也就是说，你要理解，哪些是游戏开发中必须有的，哪些是游戏开发中自己完全可以不接触底层来实现的。

　　游戏编程中有3个缓冲区，颜色缓冲，深度缓冲，模板缓冲，前2个《3D游戏编程大师技巧》中，都详细的介绍，而模板对初学者可能很晦涩，大家先弄明白模板的机制，然后多看些例子，我想你会深刻理解它的含义的。

　　D3D的学习，可以看D3DSDK的例子，也可以找一些书籍，很多的。

　　基本上我总结下，你要知道的是：

　　D3D提供基本常用底层接口，那些是是D3D为了编程必须提供的，那些是不用提供的，比如数学库我们完全可以自己写。

　　D3D顶点索引BUFFER

　　颜色缓冲，模版缓冲，深度缓冲以及对这些缓冲的操作

　　目标渲染对象、

　　D3D中的3D流水线

　　单通道渲染，多通道渲染。

　　熟练操作上面的所有，这些都足够了，其他的都是D3D中多余的，如果你要自己做引擎，很多都要自己实现，当然初学者可以就用它扩展的函数库，也很方便的。

　　4其他要知道的游戏知识

　　下面知识都属于很强的游戏技术范畴，他们只属于单单游戏中技术支持，引擎就是用合理的方式，把所有3D相关包括流水线和下面这些都整和到一起，但这种整和是有效的管理。

　　场景管理算法：BSPOCTREEQUADTREEPORTALPVS

　　动画系统：骨骼动画，蒙皮骨骼动画，渐变动画，和这些动画的混合

　　阴影：阴影体投影阴影阴影影射

　　剔除算法：包围球OBBAABBBHV算法

　　LOD系统：视点无关LOD视点相关LOD

　　广告牌：跟踪相机方向和只围绕y轴旋转粒子系统

　　这些是比较常用的，常常碰到的，根据基本的颜色运算，空间运算还能衍生出很多游戏特效，等待你自己去看书，去解决。

　　七。3D引擎编程，令你的挑战达到了极限

　　就象我前面说的，引擎没有严格定义划分，但对于当代的引擎，似乎大家都趋向于越好的东西，越健壮的支持，才称上引擎。现在游戏玩家对画面拟真程度要求很高，这就要求引擎能更好的处理3D世界中大量数据，一个好的引擎，起码要做到以下几点（引用《3D.Game.Engine.Architecture.Engineering.RealTime.Applications.with.Wild.Magic》里面的话）

　　1。如何把3D世界中大量数据，让它实时快速处理。

　　2。引擎中的渲染器（用来管理数据，进行渲染处理的）接口应该怎么定义。

　　3。如何让使用引擎的人，能很容易的使用引擎。

　　4。当引擎中添加新特性时，如果让引擎改动最小。

　　我感觉这4句话，概括的很精辟，如果让我来概括，好象我现在还没这个能力。这是一个当代引擎的新的定义，虽然不是全面，但它一语道破天机，如果你的引擎能达到上面4点，我想它已经足够的优秀，同时说明你也很优秀了。下面我就分别解刨这4句话，让大家对引擎有一个深刻的了解。我只是分析，这4句话要求高手才可以完全去达到，我现在还不具备这个能力，所以只能帮大家分析。

　　1。如何把3D世界中大量数据，让它实时快速处理。

　　3D世界中充满了大量得数据，有效的处理只可以看见的，能感受到的就可以了。

　　3D引擎中，很多时候都在处理剪裁和剔除的问题，把不可见的或者和碰撞无关的数据用最快的方法弄掉，不让它进入显卡，一切还是停留在3D空间中。剪裁，剔除还有碰撞处理，永远是3D引擎中最常见的话题，现在有很多成型的方法，大家自己通过学习就可以了解的。

　　2。引擎中的渲染器（用来管理数据，进行渲染处理的）接口应该怎么定义。

　　即使你把3D数据给了显卡，还是不能达到最快显示，我们要把这些数据分类，重新组织，这里面还涉及到存储管理的问题。你的渲染器的接口要定义的和底层提供的DX或者OPGL相通，因为最后你要调用的是这2个库里面的函数。

　　3。如何让使用引擎的人，能很容易的使用引擎。

　　这是一个经验问题，一个软件设计给用户使用，怎么让用户很容易上手。但无论什么样的用户，你必须对3D有了解才可以使用，否则神仙也没法完成这个引擎。

　　4。当引擎中添加新特性时，如果让引擎改动最小。

　　经常说的一句话就是“计划没有变化快”，怎么能让引擎跟上时代的步伐，当硬件有革新，我们引擎就有革新，出现新的处理方法，引擎也要改进，用户需求改变，引擎接口也要改变，我们要求引擎的所有改动最小，这样才是一个完美的引擎。

　　引擎是软件设计+算法+编程的结合体，难点在软件设计上，一个好的引擎，代码几百万很正常，没有一个好的设计来规范它们，混乱是不可避免的。

　　对于一个引擎，从设计到编程都很重要，一个人完成一个好的引擎是不可能的，多人协作来完成引擎，在大家相互配合的同时，每个人对自己的要完成的任务必须精通，还要有人协调这些工作。

　　好的引擎，要有一个抽象层次，然后是渲染API层次，还要支持多操作系统平台，我在这里没有过多介绍各种技术细节，因为很多细节在书中都可以找到，加上你的聪明，很多技术算法可以自己创造的。

　　对于游戏中大量算法，引擎中到处都是，碰撞，场景管理，光照，纹理混合，动画系统，粒子系统，内存管理，资源管理等等大家要多实践，多思考，多看书，多看资料，把握每一个细节，把握每一个整体。看书时要带着问题去看，同时也要带出问题，因为没有一个方法是完美的，必定会有或多或少的缺陷。

　　现在开源的引擎确实不少，其实程序员都有一个共性，看别人代码有时不如自己写，确实这样，有时只看代码去体会别人的思想真的很难，但有时为了去学习也要硬着头皮去看的，跟踪代码。开始时，如果你不了解引擎究竟是什么，这时最好集中看一个开源引擎，一定要把它的工作原理都弄明白，这样你会得到很大的提升，你就会明白引擎是什么，为什么不用D3D直接编写游戏，还有一点就是，有机会一定要去实现，这样你的体会会更深。

　　八浅谈物理与人工智能

　　这2个都不是中国游戏中的优势，它们和图形一样，要求一定能力积累才可以胜任。如果我没有预测的话，未来中国游戏中大量的需求将来自物理和人工智能，传统的网络RPG会慢慢不能满足大家需要，而被时代所抛弃的。

　　这2方面的编程我只是略知一二，还算一个小白，在此简单谈谈。

　　10。1物理

　　游戏中大部分物理模拟都集中在力学和运动学上，本来它们就是一个整体。因为最后效果是大家看到的，而看到的都是物体在屏幕上的移动，所以所有的计算最终都归结到物体移动上。

　　因为游戏毕竟是游戏，人也毕竟是人，没有必要模拟的那么精确，同时人也是感觉不出来的。

　　所以要想做好物理上的编程，必须对力学和运动学有系统的了解，高中学的力学部分还不是很足够，对于旋转部分，也就是处理力矩和转动惯量上，高中物理书都没有讲（我那时是没有讲，而且很多直线线形运动方程推倒其实是用微积分推倒的，高中书上都没有明确推倒）

　　物理上的模拟也没有逃脱物理计算基本规则，先是受力分析，然后计算合力，计算加速度，计算速度，最后计算位置，也可能涉及到动能和动量等知识，还有些流体力学等等吧。

　　物理其实处理的问题基本就是检测物体碰撞，碰撞后的反映，物体运动情况。

　　至于理论，大家弄本大学物理，力学部分就足够，如果数学好的话加上高中的物理知识，应该学起来不难的。

　　《游戏开发物理学》这本书很好，可惜绝版了，但有电子版的，也有中文版。

　　10。2AI

　　相对物理的编程书籍来说，AI的书很多。

　　AI是必须学的课程，包括传统的AI和计算智能。游戏中常用的传统AI包括自动机理论，A*算法，回溯，图搜索，剪枝等等吧。计算智能包括的是：遗传算法，模糊计算，人工神经网络。

　　FPS游戏中大量存在的都是AI

　　3D游戏除了需要建模的软件，就是你所列的3Dmaxmaya之外，还需要一款引擎，例如Unity3D，或者是UECEogre等等。

　　这些引擎一般会附带引擎提供给美术使用的开发工具，例如：地形编辑器、材质编辑器、特效编辑器等等。

　　目前大部分引擎的地形编辑器目前所支持的功能包括但不限于：建造地形，绘制地表贴图，绘制水面，添加点光源，将建造好的场景模型导入，例如你的树木、植物、房子、等等。还包括后期需要实际使用的NPC怪物等内容。