竞技游戏设计指点迷津的全方位指南，“骨灰级”玩家深根多年的实践总结。
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本书讲解如何使用DirectX12进行3D游戏的开发，从基础开始，由浅入深地引导你进行学习。
内容简介
Direct3D是微软公司DirectX SDK集成开发包中的重要组成部分，是编写高性能3D图形应用程序的渲染库，适用于多媒体、娱乐、即时3D动画等广泛和实用的3D图形计算领域。
本书围绕交互式计算机图形学这一主题展开，着重介绍Direct3D的基础知识和着色器编程的方法，并介绍了如何利用Direct3D来实现各种有趣的技术与特效，旨在为读者学习图形技术奠定坚实的基础。
本书包括3部分内容。第一部分介绍数学知识，涵盖向量代数、矩阵代数和变换等内容。这是贯穿全书的数学工具，是读者需要掌握的基础内容。第二部分重点介绍Direct3D的基础知识，展示用Direct3D来实现绘图任务的基本概念与技术，如渲染流水线、纹理贴图、混合、曲面细分等。第三部分则利用Direct3D来实现各种有趣的特效，如实例化与视锥体剔除、阴影贴图、环境光遮蔽等。
本书适合希望通过Direct3D来学习3D编程的C++中级程序员阅读，也可供已对Direct3D有一定了解或具有非DirectX API使用经验的3D程序员参考。
章节目录
- 版权信息
- 版权
- 版权声明
- 内容提要
- 前言
- 资源与支持
- 致谢
- 第一部分 必备的数学知识
- 第1章 向量代数
- 1.1 向量
- 1.1.1 向量与坐标系
- 1.1.2 左手坐标系与右手坐标系
- 1.1.3 向量的基本运算
- 1.2 长度和单位向量
- 1.3 点积
- 正交化
- 1.4 叉积
- 1.4.1 2D向量的伪叉积
- 1.4.2 通过叉积来进行正交化处理
- 1.5 点
- 1.6 利用DirectXMath库进行向量运算
- 1.6.1 向量类型
- 1.6.2 加载方法和存储方法
- 1.6.3 参数的传递
- 1.6.4 常向量
- 1.6.5 重载运算符
- 1.6.6 杂项
- 1.6.7 Setter函数
- 1.6.8 向量函数
- 1.6.9 浮点数误差
- 1.7 小结
- 1.8 练习
- 第2章 矩阵代数
- 2.1 矩阵的定义
- 2.2 矩阵乘法
- 2.2.1 定义
- 2.2.2 向量与矩阵的乘法
- 2.2.3 结合律
- 2.3 转置矩阵
- 2.4 单位矩阵
- 2.5 矩阵的行列式
- 2.5.1 余子阵
- 2.5.2 行列式的定义
- 2.6 伴随矩阵
- 2.7 逆矩阵
- 2.8 用DirectXMath库处理矩阵
- 2.8.1 矩阵类型
- 2.8.2 矩阵函数
- 2.8.3 DirectXMath矩阵示例程序
- 2.9 小结
- 2.10 练习
- 第3章 变换
- 3.1 线性变换
- 3.1.1 定义
- 3.1.2 矩阵表示法
- 3.1.3 缩放
- 3.1.4 旋转
- 3.2 仿射变换
- 3.2.1 齐次坐标
- 3.2.2 仿射变换的定义及其矩阵表示
- 3.2.3 平移
- 3.2.4 缩放和旋转的仿射矩阵
- 3.2.5 仿射变换矩阵的几何意义
- 3.3 变换的复合[2]
- 3.4 坐标变换[3]
- 3.4.1 向量的坐标变换
- 3.4.2 点的坐标变换
- 3.4.3 坐标变换的矩阵表示
- 3.4.4 坐标变换矩阵及其结合律
- 3.4.5 坐标变换矩阵及其逆矩阵
- 3.5 变换矩阵与坐标变换矩阵
- 3.6 DirectXMath库提供的变换函数
- 3.7 小结
- 3.8 练习
- 第二部分 Direct3D基础
- 第4章 Direct3D的初始化
- 4.1 预备知识
- 4.1.1 Direct3D 12概述
- 4.1.2 组件对象模型
- 4.1.3 纹理格式
- 4.1.4 交换链和页面翻转
- 4.1.5 深度缓冲
- 4.1.6 资源与描述符
- 4.1.7 多重采样技术的原理
- 4.1.8 利用Direct3D进行多重采样
- 4.1.9 功能级别
- 4.1.10 DirectX图形基础结构
- 4.1.11 功能支持的检测
- 4.1.12 资源驻留
- 4.2 CPU与GPU间的交互
- 4.2.1 命令队列和命令列表
- 4.2.2 CPU与GPU间的同步
- 4.2.3 资源转换
- 4.2.4 命令与多线程
- 4.3 初始化Direct3D
- 4.3.1 创建设备
- 4.3.2 创建围栏并获取描述符的大小
- 4.3.3 检测对4X MSAA质量级别的支持
- 4.3.4 创建命令队列和命令列表
- 4.3.5 描述并创建交换链
- 4.3.6 创建描述符堆
- 4.3.7 创建渲染目标视图
- 4.3.8 创建深度/模板缓冲区及其视图
- 4.3.9 设置视口
- 4.3.10 设置裁剪矩形
- 4.4 计时与动画
- 4.4.1 性能计时器
- 4.4.2 游戏计时器类
- 4.4.3 帧与帧之间的时间间隔
- 4.4.4 总时间
- 4.5 应用程序框架示例
- 4.5.1 D3DApp类
- 4.5.2 非框架方法
- 4.5.3 框架方法
- 4.5.4 帧的统计信息
- 4.5.5 消息处理函数
- 4.5.6 初始化Direct3D演示程序
- 4.6 调试Direct3D应用程序[46]
- 4.7 小结
- 第5章 渲染流水线
- 5.1 3D视觉即错觉？
- 5.2 模型的表示
- 5.3 计算机色彩基础
- 5.3.1 颜色运算
- 5.3.2 128位颜色
- 5.3.3 32位颜色
- 5.4 渲染流水线概述
- 5.5 输入装配器阶段
- 5.5.1 顶点
- 5.5.2 图元拓扑
- 5.5.3 索引
- 5.6 顶点着色器阶段
- 5.6.1 局部空间和世界空间
- 5.6.2 观察空间
- 5.6.3 投影和齐次裁剪空间
- 5.7 曲面细分阶段
- 5.8 几何着色器阶段
- 5.9 裁剪
- 5.10 光栅化阶段
- 5.10.1 视口变换
- 5.10.2 背面剔除
- 5.10.3 顶点属性插值
- 5.11 像素着色器阶段
- 5.12 输出合并阶段
- 5.13 小结
- 5.14 练习
- 第6章 利用Direct3D绘制几何体
- 6.1 顶点与输入布局
- 6.2 顶点缓冲区
- 6.3 索引和索引缓冲区
- 6.4 顶点着色器示例
- 连接输入布局描述符与输入签名
- 6.5 像素着色器示例
- 6.6 常量缓冲区
- 6.6.1 创建常量缓冲区
- 6.6.2 更新常量缓冲区
- 6.6.3 上传缓冲区辅助函数
- 6.6.4 常量缓冲区描述符
- 6.6.5 根签名和描述符表
- 6.7 编译着色器
- 6.7.1 离线编译
- 6.7.2 生成着色器汇编代码
- 6.7.3 利用Visual Studio离线编译着色器
- 6.8 光栅器状态
- 6.9 流水线状态对象
- 6.10 几何图形辅助结构体
- 6.11 立方体演示程序
- 6.12 小结
- 6.13 练习
- 第7章 利用Direct3D绘制几何体（续）
- 7.1 帧资源
- 7.2 渲染项
- 7.3 渲染过程中所用到的常量数据
- 7.4 不同形状的几何体
- 7.4.1 生成柱体网格
- 7.4.2 生成球体网格
- 7.4.3 生成几何球体网格
- 7.5 绘制多种几何体演示程序
- 7.5.1 顶点缓冲区和索引缓冲区
- 7.5.2 渲染项
- 7.5.3 帧资源和常量缓冲区视图
- 7.5.4 绘制场景
- 7.6 细探根签名
- 7.6.1 根参数
- 7.6.2 描述符表
- 7.6.3 根描述符
- 7.6.4 根常量
- 7.6.5 更复杂的根签名示例
- 7.6.6 根参数的版本控制
- 7.7 陆地与波浪演示程序
- 7.7.1 生成栅格顶点
- 7.7.2 生成栅格索引
- 7.7.3 应用计算高度的函数
- 7.7.4 根常量缓冲区视图
- 7.7.5 动态顶点缓冲区
- 7.8 小结
- 7.9 练习
- 第8章 光照
- 8.1 光照与材质的交互
- 8.2 法向量
- 8.2.1 计算法向量
- 8.2.2 变换法向量
- 8.3 参与光照计算的一些关键向量
- 8.4 朗伯余弦定律
- 8.5 漫反射光照
- 8.6 环境光照
- 8.7 镜面光照
- 8.7.1 菲涅耳效应
- 8.7.2 表面粗糙度
- 8.8 光照模型的概述
- 8.9 材质的实现
- 8.10 平行光源
- 8.11 点光源
- 衰减
- 8.12 聚光灯光源
- 8.13 光照的具体实现
- 8.13.1 Light结构体
- 8.13.2 常用辅助函数
- 8.13.3 实现方向光源
- 8.13.4 实现点光源
- 8.13.5 实现聚光灯光源
- 8.13.6 多种光照的叠加
- 8.13.7 HLSL主文件
- 8.14 光照演示程序
- 8.14.1 顶点格式
- 8.14.2 计算法线
- 8.14.3 更新光照的方向
- 8.14.4 更新根签名
- 8.15 小结
- 8.16 练习
- 第9章 纹理贴图
- 9.1 纹理与资源的回顾
- 9.2 纹理坐标
- 9.3 纹理数据源
- 9.3.1 DDS格式概述
- 9.3.2 创建DDS文件
- 9.4 创建以及启用纹理
- 9.4.1 加载DDS文件
- 9.4.2 着色器资源视图堆
- 9.4.3 创建着色器资源视图描述符
- 9.4.4 将纹理绑定到流水线
- 9.5 过滤器[5]
- 9.5.1 放大
- 9.5.2 缩小
- 9.5.3 各向异性过滤
- 9.6 寻址模式
- 9.7 采样器对象
- 9.7.1 创建采样器
- 9.7.2 静态采样器
- 9.8 在着色器中对纹理进行采样
- 9.9 板条箱演示程序
- 9.9.1 指定纹理坐标
- 9.9.2 创建纹理
- 9.9.3 设置纹理
- 9.9.4 更新HLSL部分代码
- 9.10 纹理变换
- 9.11 附有纹理的山川演示程序
- 9.11.1 生成栅格纹理坐标
- 9.11.2 铺设纹理
- 9.11.3 纹理动画
- 9.12 小结
- 9.13 练习
- 第10章 混合
- 10.1 混合方程
- 10.2 混合运算
- 10.3 混合因子
- 10.4 混合状态
- 10.5 混合示例
- 10.5.1 禁止颜色的写操作
- 10.5.2 加法混合与减法混合
- 10.5.3 乘法混合
- 10.5.4 透明混合
- 10.5.5 混合与深度缓冲区
- 10.6 alpha通道
- 10.7 裁剪像素
- 10.8 雾
- 10.9 小结
- 10.10 练习
- 第11章 模板
- 11.1 深度/模板缓冲区的格式及其资源数据的清理
- 11.2 模板测试
- 11.3 描述深度/模板状态
- 11.3.1 深度信息的相关设置
- 11.3.2 模板信息的相关设置
- 11.3.3 创建和绑定深度/模板状态
- 11.4 实现平面镜效果
- 11.4.1 镜像概述
- 11.4.2 定义镜像的深度/模板状态
- 11.4.3 绘制场景
- 11.4.4 绕序与镜像
- 11.5 实现平面阴影
- 11.5.1 平行光阴影
- 11.5.2 点光阴影
- 11.5.3 通用阴影矩阵
- 11.5.4 使用模板缓冲区防止双重混合
- 11.5.5 编写阴影部分的代码
- 11.6 小结
- 11.7 练习
- 第12章 几何着色器
- 12.1 编写几何着色器
- 12.2 以公告牌技术实现森林效果
- 12.2.1 概述
- 12.2.2 顶点结构体
- 12.2.3 HLSL文件
- 12.2.4 SV_PrimitiveID语义
- 12.3 纹理数组
- 12.3.1 概述
- 12.3.2 对纹理数组进行采样
- 12.3.3 加载纹理数组
- 12.3.4 纹理子资源
- 12.4 alpha-to-coverage技术
- 12.5 小结
- 12.6 练习
- 第13章 计算着色器
- 13.1 线程与线程组
- 13.2 一个简单的计算着色器
- 计算流水线状态对象
- 13.3 数据的输入与输出资源
- 13.3.1 纹理输入
- 13.3.2 纹理输出与无序访问视图
- 13.3.3 利用索引对纹理进行采样
- 13.3.4 结构化缓冲区资源
- 13.3.5 将计算着色器的执行结果复制到系统内存
- 13.4 线程标识的系统值
- 13.5 追加缓冲区与消费缓冲区
- 13.6 共享内存与线程同步
- 13.7 图像模糊演示程序
- 13.7.1 图像模糊理论
- 13.7.2 渲染到纹理技术
- 13.7.3 图像模糊的实现概述
- 13.7.4 计算着色器程序
- 13.8 拓展资料
- 13.9 小结
- 13.10 练习
- 第14章 曲面细分阶段
- 14.1 曲面细分的图元类型
- 曲面细分与顶点着色器
- 14.2 外壳着色器
- 14.2.1 常量外壳着色器
- 14.2.2 控制点外壳着色器
- 14.3 镶嵌器阶段
- 14.3.1 四边形面片的曲面细分示例
- 14.3.2 三角形面片的曲面细分示例
- 14.4 域着色器
- 14.5 对四边形进行镶嵌化处理
- 14.6 三次贝塞尔四边形面片
- 14.6.1 贝塞尔曲线
- 14.6.2 三次贝塞尔曲面
- 14.6.3 计算三次贝塞尔曲面的相关代码
- 14.6.4 定义面片的几何形状
- 14.7 小结
- 14.8 练习
- 第三部分 主题篇
- 第15章 构建第一人称视角的摄像机与动态索引
- 15.1 重温取景变换
- 15.2 摄像机类
- 15.3 摄像机类中的方法实现选讲
- 15.3.1 返回XMVECTOR类型变量的方法
- 15.3.2 SetLens方法
- 15.3.3 推导视锥体信息
- 15.3.4 与摄像机相关的变换操作
- 15.3.5 构建观察矩阵
- 15.4 摄像机演示程序的若干注解
- 15.5 动态索引
- 15.6 小结
- 15.7 练习
- 第16章 实例化与视锥体剔除
- 16.1 硬件实例化
- 16.1.1 绘制实例数据
- 16.1.2 实例数据
- 16.1.3 创建实例缓冲区
- 16.2 包围体与视锥体
- 16.2.1 DirectXMath碰撞检测库
- 16.2.2 包围盒
- 16.2.3 包围球
- 16.2.4 视锥体
- 16.3 视锥体剔除
- 16.4 小结
- 16.5 练习
- 第17章 拾取
- 17.1 屏幕空间到投影窗口的变换
- 17.2 位于世界空间与局部空间中的拾取射线
- 17.3 射线与网格的相交检测
- 17.3.1 射线与轴对齐包围盒的相交检测
- 17.3.2 射线与球体的相交检测
- 17.3.3 射线与三角形的相交检测
- 17.4 应用例程
- 17.5 小结
- 17.6 练习
- 第18章 立方体贴图
- 18.1 什么是立方体贴图
- 18.2 环境贴图
- 通过Direct3D加载并使用立方体图
- 18.3 绘制天空纹理
- 18.4 模拟反射
- 18.5 动态立方体图
- 18.5.1 动态立方体图辅助类
- 18.5.2 构建立方体图资源
- 18.5.3 分配额外的描述符堆空间
- 18.5.4 构建描述符
- 18.5.5 构建深度缓冲区
- 18.5.6 立方体图的视口与裁剪矩形
- 18.5.7 设置立方体图摄像机
- 18.5.8 对立方体图进行绘制
- 18.6 用几何着色器绘制动态立方体图
- 18.7 小结
- 18.8 练习
- 第19章 法线贴图
- 19.1 使用法线贴图的动机
- 19.2 什么是法线贴图
- 19.3 纹理空间/切线空间
- 19.4 顶点切线空间
- 19.5 在切线空间与物体空间之间进行转换
- 19.6 法线贴图的着色器代码
- 19.7 小结
- 19.8 练习
- 第20章 阴影贴图
- 20.1 渲染场景深度
- 20.2 正交投影
- 20.3 投影纹理坐标
- 20.3.1 代码实现
- 20.3.2 视锥体之外的点
- 20.3.3 正交投影
- 20.4 什么是阴影贴图
- 20.4.1 算法描述
- 20.4.2 偏移与走样
- 20.4.3 百分比渐近过滤
- 20.4.4 构建阴影图
- 20.4.5 阴影因子
- 20.4.6 阴影图检测
- 20.4.7 渲染阴影图
- 20.5 过大的PCF核
- 20.5.1 ddx函数与ddy函数
- 20.5.2 较大PCF核问题的解决方案
- 20.5.3 较大PCF核问题的另一种解决方案
- 20.6 小结
- 20.7 练习
- 第21章 环境光遮蔽
- 21.1 通过投射光线实现环境光遮蔽
- 21.2 屏幕空间环境光遮蔽
- 21.2.1 法线与深度值的渲染过程
- 21.2.2 环境光遮蔽的渲染过程
- 21.2.3 模糊过程
- 21.2.4 使用环境光遮蔽图
- 21.3 小结
- 21.4 练习
- 第22章 四元数[1]
- 22.1 复数回顾
- 22.1.1 定义
- 22.1.2 复数的几何意义
- 22.1.3 极坐标表示法与旋转操作
- 22.2 四元数代数
- 22.2.1 定义与基本运算
- 22.2.2 特殊乘积
- 22.2.3 性质
- 22.2.4 转换
- 22.2.5 共轭与范数
- 22.2.6 四元数的逆
- 22.2.7 极坐标表示法
- 22.3 单位四元数及其旋转操作
- 22.3.1 旋转算子
- 22.3.2 将四元数旋转算子转换为矩阵形式
- 22.3.3 将旋转矩阵变换为四元数旋转算子
- 22.3.4 复合
- 22.4 四元数插值
- 22.5 DirectX数学库中与四元数有关的函数
- 22.6 旋转演示程序
- 22.7 小结
- 22.8 练习
- 第23章 角色动画
- 23.1 框架层次[1]
- 数学描述
- 23.2 蒙皮网格
- 23.2.1 定义
- 23.2.2 重新推导将骨骼变换至根坐标系的公式
- 23.2.3 偏移变换
- 23.2.4 驱动骨架运动
- 23.2.5 计算最终变换
- 23.3 顶点混合
- 23.4 从文件中加载动画数据
- 23.4.1 文件头
- 23.4.2 材质
- 23.4.3 子集
- 23.4.4 顶点数据与三角形
- 23.4.5 骨骼偏移变换
- 23.4.6 层次结构
- 23.4.7 动画数据
- 23.4.8 M3DLoader类
- 23.5 角色动画演示程序
- 23.6 小结
- 23.7 练习
- 附录A Windows编程入门
- A.1 概述
- A.1.1 资源
- A.1.2 事件、消息队列、消息以及消息循环
- A.1.3 图形用户界面
- A.1.4 Unicode
- A.2 基本的Windows应用程序
- A.3 讲解基本Windows应用程序的工作流程
- A.3.1 程序中的头文件、全局变量以及函数声明
- A.3.2 WinMain
- A.3.3 WNDCLASS结构体与实例注册
- A.3.4 创建并显示窗口
- A.3.5 消息循环
- A.3.6 窗口过程
- A.3.7 消息框函数
- A.4 一种更灵活的消息循环
- A.5 小结
- A.6 练习
- 附录B 高级着色器语言参考[1]
- B.1 变量类型
- B.1.1 标量类型
- B.1.2 向量类型
- B.1.3 矩阵类型
- B.1.4 数组
- B.1.5 结构体
- B.1.6 typedef关键字
- B.1.7 变量的修饰符
- B.1.8 强制类型转换
- B.2 关键字与运算符
- B.2.1 关键字
- B.2.2 运算符
- B.3 程序中的控制流
- B.4 函数
- B.4.1 用户自定义函数
- B.4.2 内置函数
- B.4.3 常量缓冲区的封装规则
- 附录C 解析几何学选讲
- C.1 射线、直线以及线段
- C.2 平行四边形
- C.3 三角形
- C.4 平面
- C.4.1 DirectX数学库中平面的表示
- C.4.2 空间点与平面的位置关系
- C.4.3 构建平面
- C.4.4 对平面进行规范化处理
- C.4.5 对平面进行变换
- C.4.6 平面内离指定点最近的点
- C.4.7 射线与平面的相交检测
- C.4.8 反射向量
- C.4.9 反射点
- C.4.10 反射矩阵
- C.5 练习
- 附录D 参考资料
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DirectX 12 3D 游戏开发实战是2019年由人民邮电出版社出版,作者FrankD.luna。
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