3D游戏场景渲染系统设计与实现

摘要

网络游戏产业是一个新兴的朝阳产业，经历了20世纪末初期形成阶段，及近几年的快速发展，现在中国的网络游戏产业已经进入成熟期阶段。在中国整个网络经济的发展过程中从无到有，发展到目前成为中国网络经济的重要组成部分。网络游戏产业之所以可以打破在原来中国整个网络经济中的平衡，主要源于在20世纪末中国网络经济泡沫破灭，整个网络经济大受打击的时候，网络游戏却异军突起成为整个网络经济发展的领头羊，得到迅猛的发展。
　　本文针对在一款3D网络游戏场景渲染中遇到的透视阴影贴图渲染问题进行了研究。原有的透视阴影贴图算法中，对虚拟相机的简单移动会使阴影渲染质量下降，文中通过对虚拟相机矩阵使用特别的投影变换加以改进。由于在透视阴影贴图中光源相机离投影体过近会使阴影产生严重的失真，改进过的方法会通过单位立方体剪裁和映射较好的解决这个问题。常量偏执会使纹理随着场景中光源位置和点的变化使深度值和纹素面积分布不同，将世界空间中的偏置转换到投射空间可以解决这个问题。通过对以上问题的改进，场景渲染实现了一个即满足性能要求又有较好渲染效果的透视阴影贴图。
　　接着论述了游戏场景渲染的整个方案设计、实现和渲染流程。这款游戏的客户端程序采用了分层的设计方法，实现了渲染、逻辑和数据分离。在渲染系统中又将场景、地形、角色和特效分别实现，只通过接口调用通信。场景渲染是本文实现的重点，这个系统有数个模块组成，包括渲染流程控制、实时阴影、相机管理、碰撞检测、高度图导入/读取、Shader加载、后处理效果和角色动画功能性接口，这些模块作为整个渲染过程的基础为其他渲染系统提供支持。由于以上大部分模块具有全局唯一性，所以会通过单件模式实现这些模块。
　　整个游戏的3D渲染部分是基于Gamebryo商业游戏引擎开发，文中也不乏对Gamebryo引擎典型使用方法的详细叙述。
　　这款游戏会在不久上线，预期会成为中国原创3D大型多人在线角色扮演游戏领域中具有里程碑意义的作品。

目录

3D游戏场景渲染系统设计与实现

3D GAME SCENE RENDER SYSTEMDESIGN AND IMPLEMENTATION

摘 要

Abstract

第1 章 绪论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 与本论文有关的国内外研究状况

1.3 论文的组织结构

第2 章 3D 游戏场景渲染中的关键技术

2.1 3D 场景渲染过程中产生的问题

2.2 改进后Shadow map 算法描述

2.3 本章小结

第3 章 3D 游戏场景渲染系统设计

3.1 系统需求分析

3.2 3D 游戏客户端总体设计

3.3 3D 游戏场景渲染系统功能设计

3.4 场景管理模块功能

3.5 实时阴影模块功能

3.6 相机管理模块功能

3.7 碰撞检测模块功能

3.8 地形高度模块功能

3.9 Shader 加载模块功能

3.10 后处理模块功能

3.11 角色动画通用接口模块功能

3.12 本章小结

第4 章 3D 游戏场景渲染系统实现

4.1 场景渲染系统整体实现方案

4.2 渲染流程管理模块实现

4.3 实时阴影模块实现

4.4 相机管理模块实现

4.5 碰撞检测模块实现

4.6 地形高度模块实现

4.7 Shader 加载模块实现

4.8 后处理模块实现

4.9 角色动画通用接口模块实现

4.10 本章小结

第5 章 3D 游戏场景渲染系统测试

5.1 测试目的

5.2 测试环境

5.3 场景整体渲染结果

5.4 实时阴影模块测试

5.5 相机管理模块测试

5.6 碰撞检测模块测试

5.7 地形高度模块测试

5.8 Shader 加载模块测试

5.9 后处理模块测试

5.10 角色动画通用接口模块测试

5.11 本章小结

结 论

参考文献

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致 谢

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