《3D游戏编程大师技巧 上册》学习笔记

学习资料：《3D游戏编程大师技巧 上册》

学习计划： 1-2天完成一章，预计使用半个月时间[下个月七号左右]。下册的学习会更深，更难。珍惜这段学习的时间，加油！

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第一章 3D游戏编程入门

• memset单字节填充并不是最快，四元数QUAD可以一次写入4字节
  • 思考：四元数是 1,i,j,k 的线性组合。即超复数
• 单指令多数据流（SIMD）：一个控制器控制多个处理器，表现为对一组数据中的每一个执行相同的操作，从而实现并行
• 精简指令集（RISC）的原则进行编程，有利于CPU对指令处理更加简单
  • 把一条符号语句合理地拆开，一方便了调试，二方便CPU处理指令
• 优化Tips
  • 对2的乘除采用移位实现
  • 代码优化等项目完成之后。因为越优化，扩展性越差
  • 在编程时若发现采取的路线很困难，应先停止，备份，思考是否删除后重新写

第二章，第三章的内容不太好理解，暂时先跳过

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第四章 三角学，向量，矩阵，四元数

• [4.7 逆矩阵和方程组求解]
  • 两个变量用逆矩阵
  • 三个变量用克拉默法则求解
  • [4.7.4 应用矩阵变化]：第四个分量w取1表示点，0表示向量
    • 平移
      • 矩阵
      • 逆矩阵
    • 缩放
      • 矩阵
      • 逆矩阵
    • 旋转(绕z轴旋转)
      • 矩阵
      • 逆矩阵 θ -> -θ
    • 正交矩阵：每一行都与前一行向量垂直，每一列向量都与前一列向量垂直
    • 通过半角公式融合得到

      // 旋转矩阵
      void matrix_set_rotate(matrix_t *m, float x, float y, float z, float theta) {
          float qsin = (float)sin(theta * 0.5f);
          float qcos = (float)cos(theta * 0.5f);
          vector_t vec = { x, y, z, 1.0f };
          float w = qcos;
          vector_normalize(&vec);
          x = vec.x * qsin;
          y = vec.y * qsin;
          z = vec.z * qsin;
          m->m[0][0] = 1 - 2 * y * y - 2 * z * z;
          m->m[1][0] = 2 * x * y - 2 * w * z;
          m->m[2][0] = 2 * x * z + 2 * w * y;
          m->m[0][1] = 2 * x * y + 2 * w * z;
          m->m[1][1] = 1 - 2 * x * x - 2 * z * z;
          m->m[2][1] = 2 * y * z - 2 * w * x;
          m->m[0][2] = 2 * x * z - 2 * w * y;
          m->m[1][2] = 2 * y * z + 2 * w * x;
          m->m[2][2] = 1 - 2 * x * x - 2 * y * y;
          m->m[0][3] = m->m[1][3] = m->m[2][3] = 0.0f;
          m->m[3][0] = m->m[3][1] = m->m[3][2] = 0.0f;    
          m->m[3][3] = 1.0f;
      }

       

• [4.8 基本几何实体]
  • [4.8.2 直线] 空间直线的方程使用参数方程来表达更容易理解
  • [4.8.3 平面] 平面通用方程为 ，求两个面的交线也非常方便
    • 如果F(x,y,z)>0则方向和(x0,y0,z0)相同；<0则相反；=0则在平面上
    • 求线面交
• [4.9 使用参数化方程]
  • 参数化直线
  • 求两直线交点，求线面交点\
• [4.10 四元数简介]
  • 四元数：一个实部 + 三个虚部
  • 四元数进行向量旋转可以避免发生欧拉旋转造成的万向节锁[x=90,y,z再怎么转都只有一个方向。没理解,http://shequ.dimianzhan.com/articles/395/gang-ti-yun-dong-xue-zui-tong-su-yi-dong-de-li-jie-wan-xiang-jie-si-suo
  • https://www.bbsmax.com/A/gVdnRr21dW/
  • https://blog.csdn.net/yangxun983323204/article/details/53113929]

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第六章  3D图形学简介

• [6.1 3D引擎原理]
  • 3D引擎：从数据表示到最后的光栅化。3D引擎只负责渲染
• [6.2 3D游戏引擎的结构]
  • [6.2.4] 动画系统的三种实现方式
    • 各个系统之间都是存在联系，比如AI和碰撞系统
    • 简单运动：整个模型的平移旋转
    • 复杂运动：一个模型由多个关节连成，比如坦克身体和炮台。有两种实现方案：①预处理出所有角度的数据，再导入网格；②使用运动数据，BioVision(.BVH)，该数据告诉引擎，链杆需要做什么移动
    • 基于物理学的动画：例如PVP游戏，击飞击退要做到逼真，符合现实生活的客观规律
  • [6.2.6] 物理引擎
    • 物理引擎负责控制游戏中物体可做出的动作和响应，例如碰撞，加速度，击飞等等
    • 包含的功能：计算摩擦力和加速度，弹性碰撞检测，线性动量传递
• [6.3 3D坐标系]
  • 模型坐标→世界坐标
    • 平移：
  • 世界坐标→相机坐标
    • 平移：
    • 旋转：每个顶点都绕轴逆旋转
  • [6.3.5 隐藏物体（面）和裁剪] ：判断物体对相机是否可见
    • 背面消除：如果，则可见；否则不可见。但是这对于双面多边形这种测试不管用？？
    • 包围球测试：中心，求最远距离，在根据几何知识判断包围球是否在视锥体中
    • p347注意不理解
  • [6.3.6 透视投影]：将物体顶点投影到视平面上来
    • 根据相三角形求解，求视距d有两种方法
    • 透视投影可以利用到裁剪空间上来
  • [6.3.6 裁剪]
    • 对于直线裁剪有两种方式，第一种是在2D空间里裁剪（性能开销），第二种是在3D空间中裁剪（直接操作麻烦，但可以通过透视投影来用立方体进行裁剪，但还要裁剪纹理坐标和光照坐标，这里已经省略了）
  • [6.3.7 投影坐标→屏幕坐标]
    • 视距d=1，求出来的都是归一化坐标

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