了得網計算機/網絡_Vulkan開發實戰詳解

編輯推薦

1．內容豐富，由淺入深
本著“起點低，終點高”的原則，本書涵蓋從Vulkan必知必會的基礎知識到基於Vulkan實現各種高級特效，*後還給出了一個完整的3D遊戲案例。這樣的內容組織使得3D應用開發初學者可以一步一步成長為3D開發的資深人員，符合絕大部分想學習3D應用開發的學生與程序開發人員以及相關技術人員的需求。
2．結構清晰，講解到位
本書配合每個需要講解的知識點都給出了豐富的插圖與完整的案例，使得初學者易於上手，有一定基礎的讀者便於深入。書中所有的案例均是根據作者多年的開發心得進行設計的，結構清晰明朗，便於讀者學習。同時書中還給出了很多作者多年來積累的編程技巧與心得，具有很高的參考價值。
3．非常實用的案例源代碼
為了便於讀者學習，隨書提供了書中所有案例的完整源代碼（書中所有案例都給出了安卓版和Windows版，*後的大案例還進一步給出了macOS、iOS和Linux版），*限度地幫助讀者快速地掌握各方面的開發技術。

內容簡介

本書共分為19章，介紹了Vulkan的誕生、特點、開發環境的搭建以及運行機制、渲染管線和調試技術，著色器編程語言—GLSL、投影及各種變換、光照、紋理映射、3D模型的加載、混合與霧、兩種測丟棄、頂點著色器的妙著色器的妙用、真實光學環境的模擬、陰影及高級光照、幾種高級著色器特效、骨骼動畫、Vulkan的性能優化等，*後以一個休閑遊戲—方塊歷險記的案例來展示Vulkan的功能與技術。本書按照必知必會的基礎知識、基於Vulkan實現基本特效以及高級特效、完整遊戲案例的順序，循序漸進地進行詳細講解，適合不同需求、不同水平層次的各類讀者。為了便於讀者學習，隨書提供了書中所有案例的完整源代碼（書中所有案例都給出了安卓版和Windows版，*後的大案例還進一步給出了macOS、iOS和Linux版），*限度地幫助讀者快速地掌握各方面的開發技術。
本書適合遊戲開發者、程序員學習，也可以作為大專院校相關專業的師生學習用書和培訓學校的教材。

作者簡介

吳亞峰，畢業於北京郵電大學，後留學澳大利亞臥龍崗大學取得碩士學位。1998年開始從事Java應用的開發，有10多年的Java開發與培訓經驗。主要的研究方向為Vulkan、OpenGL ES、手機遊戲、以及VR/AR。同時為3D遊戲、VR/AR獨立軟件工程師，並兼任百納科技軟件培訓中心首席培訓師。近十年來為數十家著名企業培養了上千名高級軟件開發人員，曾編寫過《OpenGL ES 3x遊戲開發（上下卷）》、《Unity 案例開發大全（版～第二版）》、《VR與AR開發高級教程——基於Unity》、《H5和WebGL 3D開發實戰詳解》、《Android應用案例開發大全》（版至第四版）、《Android遊戲開發大全》（版至第四版）等多本暢銷技術書籍。2008年初開始關注Android平臺下的3D應用開發，並開發出一繫列優秀的Android應用程序與3D遊戲。

目錄

第1章初識Vulkan1

1.1Vulkan概覽1

1.1.1Vulkan簡介1

1.1.2支持Vulkan的遊戲概覽2

1.2搭建開發環境4
目錄

第1章初識Vulkan1

1.1Vulkan概覽1

1.1.1Vulkan簡介1

1.1.2支持Vulkan的遊戲概覽2

1.2搭建開發環境4

1.2.1Android平臺開發環境的配置4

1.2.2Windows平臺開發環境的配置8

1.3個Vulkan程序15

1.3.1案例的運行效果15

1.3.2Vulkan應用程序的基本架構15

1.3.33色三角形案例相關類的介紹20

1.3.4Vulkan中的常用方法22

1.3.5MyVulkanManager類的

基本結構28

1.3.6創建Vulkan實例31

1.3.7獲取物理設備列表32

1.3.8創建邏輯設備32

1.3.9創建命令緩衝33

1.3.10獲取設備中支持圖形

工作的隊列35

1.3.11初始化交換鏈35

1.3.12創建深度緩衝41

1.3.13創建渲染通道43

1.3.14創建幀緩衝46

1.3.15創建繪制用物體47

1.3.16初始化渲染管線51

1.3.17創建柵欄和初始化呈現信息62

1.3.18初始化基本變換矩陣、

攝像機矩陣、投影矩陣63

1.3.19執行繪制63

1.3.20銷毀相關對像66

1.3.21整體流程的執行67

1.3.22頂點著色著色器68

1.4Vulkan中立體物體的構建70

1.5本章小結71

第2章渲染管線和調試技術72

2.1渲染管線72

2.2著色器的預編譯79

2.3Vulkan調試技術81

2.4Vulkan GPU大PK89

2.4.1移動端GPU的4大家族89

2.4.2PC端GPU中3大家族91

2.5本章小結92

第3章著色器編程語言——GLSL93

3.1著色語言概述93

3.2著色語言基礎94

3.2.1數據類型概述94

3.2.2數據類型的基本使用98

3.2.3運算符100

3.2.4各個數據類型的構造函數102

3.2.5類型轉換104

3.2.6存儲限定符104

3.2.7插值限定符107

3.2.8一致塊108

3.2.9layout限定符109

3.2.10流程控制111

3.2.11函數的聲明和使用113

3.2.1著色器中浮點及整型

變量精度的指定114

3.2.13程序的基本結構114

3.3特殊的內建變量115

3.3.1頂點著色器中的內建變量115

3.3.著色器中的內建變量116

3.3.3內建常量117

3.4著色語言的內置函數117

3.4.1角度轉換與三角函數118

3.4.2指數函數119

3.4.3常見函數120

3.4.4幾何函數123

3.4.5矩陣函數124

3.4.6向量關繫函數125

3.4.7紋理采樣函數126

3.4.8微分函數129

3.4.9浮點數打包與解包函數129

3.5用invariant修飾符避免值變

問題130

3.6預處理器131

3.7本章小結132

第4章投影與各種變換133

4.1矩陣相關類的介紹133

4.1.1矩陣數學計算類—Matrix133

4.1.2矩陣狀態管理

類—MatrixState3D134

4.2攝像機的設置137

4.3兩種投影方式138

4.3.1正交投影138

4.3.2透視投影144

4.3.3推送常量146

4.4各種變換148

4.4.1基本變換的相關數學知識148

4.4.2平移變換149

4.4.3旋轉變換150

4.4.4縮放變換151

4.4.5基本變換的實質152

4.5所有變換的完整流程153

4.6繪制方式156

4.6.1各種繪制方式概覽156

4.6.2點與線段繪制方式158

4.6.3三角形條帶與扇面繪制方式161

4.6.4索引法繪制164

4.7設置合理的視角169

4.8設置合理的投影參數174

4.9深度偏移178

4.10卷繞和背面剪裁181

4.10.1基本知識181

4.10.2一個簡單的案例182

4.11間接繪制183

4.11.1背景知識184

4.11.2頂點法間接繪制184

4.11.3索引法間接繪制186

4.12本章小結188

第5章光照189

5.1曲面物體的構建189

5.1.1球體構建的基本原理189

5.1.2案例效果概覽190

5.1.3開發步驟190

5.2基本光照效果194

5.2.1光照的基本模型194

5.2.2環境光195

5.2.3散射光199

5.2.4鏡面光205

5.2.53種光照通道的合成210

5.3定位光與定向光212

5.4點法向量和面法向量215

5.5光照的每頂點計算計算218

5.6本章小結223

第6章紋理映射224

6.1初識紋理映射224

6.2一個簡單的案例225

6.2.1開發前的準備工作225

6.2.2紋理相關類226

6.2.3案例代碼的開發241

6.2.4圖像的瓦片組織方式248

6.2.5色彩通道的靈活組合250

6.3紋理拉伸251

6.3.1四種拉伸方式概覽251

6.3.2不同拉伸方式的案例254

6.4紋理采樣259

6.4.1紋理采樣概述259

6.4.2近點采樣259

6.4.3線性紋理采樣260

6.4.4MIN與MAG采樣261

6.4.5不同紋理采樣方式的案例262

6.5Mipmap紋理266

6.5.1基本原理266

6.5.2一個簡單的案例268

6.6多重紋理與過程紋理272

6.6.1案例概覽273

6.6.2將2D紋理映射到球面上的

策略273

6.6.3案例的場景結構274

6.6.4開發過程275

6.7壓縮紋理的使用283

6.7.1Android平臺下的壓縮紋理284

6.7.2PC中Windows平臺下的

壓縮紋理286

6.8點精靈289

6.8.1基本知識289

6.8.2一個簡單的案例289

6.93D紋理292

6.9.13D棋盤紋理的準備293

6.9.23D棋盤紋理案例的開發294

6.102D紋理數組297

6.10.12D紋理數組的準備297

6.10.22D紋理數組案例的開發298

6.11各向異性過濾302

6.11.1背景知識303

6.11.2一個簡單的案例303

6.12本章小結305

第7章更逼真的場景——3D模型的加載306

7.1obj模型文件概述306

7.1.1obj文件的格式306

7.1.2用3ds Max設計3D模型307

7.2加載obj文件308

7.2.1加載僅有頂點坐標數據與

面數據的obj文件308

7.2.2加載後自動計算面法向量312

7.2.3加載後自動計算平均法向量315

7.2.4加載紋理坐標317

7.2.5加載頂點法向量320

7.3雙面光照321

7.4本章小結324

第8章獨特的場景渲染技術——

混合與霧325

8.1混合技術325

8.1.1基本知識325

8.1.2源因子和目標因子326

8.1.3簡單混合效果的案例328

8.2地月繫雲層效果的實現330

8.3霧333

8.3.1霧的原理與優勢333

8.3.2霧的簡單實現334

8.4本章小結336

第9章常用3D開發小技巧337

9.1標志板337

9.1.1案例效果與基本原理337

9.1.2開發步驟338

9.2灰度圖地形341

9.2.1基本原理341

9.2.2開發前的準備工作342

9.2.3普通灰度圖地形342

9.2.4過程紋理地形344

9.2.5Mipmap地形347

9.2.6頂點著色器采樣紋理地形351

9.3高真實感地形353

9.3.1基本思路353

9.3.2地形設計工具EarthSculptor的

使用354

9.3.3一個簡單的案例356

9.4天空盒與天空穹358

9.4.1天空盒358

9.4.2天空穹359

9.4.3天空盒與天空穹的使用技巧361

9.5簡單鏡像效果361

9.5.1基本原理361

9.5.2基本效果案例362

9.5.3升級效果案例364

9.6非真實感繪制366

9.6.1基本原理與案例效果366

9.6.2具體開發步驟368

9.7描邊效果的實現370

9.7.1沿法線擠出輪廓370

9.7.2視空間中擠出373

9.8本章小結374

第10章兩種測丟棄375

10.1剪裁測試375

10.1.1基本原理與核心代碼375

10.1.2一個簡單的案例375

10.2模板測試377

10.2.1基本原理377

10.2.2一個簡單的案例380

10.丟棄操作383

10.4任意剪裁平面385

10.4.1基本原理385

10.4.2茶壺被任意平面剪裁的

案例386

10.5本章小結387

第11章頂點著色器的妙用388

11.1飄揚的旗幟388

11.1.1基本原理388

11.1.2開發步驟389

11.2扭動的軟糖392

11.2.1基本原理392

11.2.2開發步驟393

11.3風吹椰林場景的開發394

11.3.1椰子樹隨風搖擺的

基本原理395

11.3.2開發步驟396

11.4展翅飛翔的雄鷹400

11.4.1基本原理400

11.4.2開發步驟400

11.5二維扭曲402

11.5.1基本原理403

11.5.2開發步驟403

11.6吹氣膨脹特效406

11.6.1基本原理406

11.6.2開發步驟406

11.7本章小結407

第12著色器的妙用408

12.1程序紋理技術408

12.1.1磚塊著色器408

12.1.2沙灘球著色器410

12.2數字圖像處理411

12.2.1卷積的基本知識411

12.2.2平滑過濾412

12.2.3邊緣檢測413

12.2.4銳化處理414

12.2.5浮雕效果414

12.2.6圖像漸變415

12.2.7卡通渲染416

12.3分形著色器418

12.3.1曼德布羅集簡介418

12.3.2曼德布羅集著色器的實現419

12.3.3將曼德布羅集紋理應用到

實際物體上421

12.3.4茱莉亞集著色器的實現421

12.43D紋理的妙用423

12.4.1噪聲函數的基礎知識423

12.4.2柏林噪聲生成工具426

12.4.33D噪聲木紋理茶壺的

開發427

12.5體積霧429

12.5.1基本原理429

12.5.2開發步驟430

12.6粒子繫統火焰的開發431

12.6.1火焰的基本原理431

12.6.2普通版火焰433

12.6.3點精靈版火焰441

12.7本章小結444

第13章真實光學環境的模擬445

13.1反射環境模擬445

13.1.1案例效果與基本原理445

13.1.2開發前的準備工作446

13.1.3開發步驟447

13.2折射環境模擬449

13.2.1案例效果與基本原理449

13.2.2開發步驟450

13.3色散效果模擬452

13.3.1案例效果與基本原理452

13.3.2開發步驟452

13.4菲涅爾效果的模擬453

13.4.1案例效果與基本原理453

13.4.2開發步驟454

13.5凹凸映射455

13.5.1案例效果與基本原理455

13.5.2法向量紋理圖的生成456

13.5.3切向量的計算458

13.5.4案例的開發459

13.6鏡頭光暈464

13.6.1案例效果與基本原理464

13.6.2鏡頭光暈案例465

13.7投影貼圖468

13.7.1案例效果與基本原理468

13.7.2開發步驟470

13.8繪制到紋理472

13.8.1案例效果與基本原理472

13.8.2開發步驟473

13.9高級鏡像476

13.9.1案例效果與基本原理476

13.9.2開發步驟477

13.10高真實感水面倒影480

13.10.1案例效果與基本原理480

13.10.2開發步驟481

13.11本章小結484

第14章陰影及高級光照485

14.1多重渲染目標485

14.1.1基本知識485

14.1.2一個簡單的案例486

14.2陰影的重要性491

14.3平面陰影493

14.3.1案例效果與基本原理493

14.3.2開發步驟494

14.4陰影映射497

14.4.1案例效果與基本原理497

14.4.2距離紋理的生成498

14.4.3陰影場景的繪制501

14.5陰影貼圖506

14.5.1案例效果與基本原理506

14.5.2開發步驟507

14.6靜態光照貼圖508

14.6.1案例效果與基本原理508

14.6.2使用3ds Max制作靜態

光照貼圖509

14.6.3案例的開發510

14.7聚光燈高級光源512

14.7.1種實現的案例效果與

基本原理513

14.7.2種實現案例的開發

步驟514

14.7.3第二種實現的案例效果與

基本原理515

14.7.4第二種實現案例的開發

步驟516

14.8延遲渲染517

14.8.1案例效果與基本原理517

14.8.2開發步驟518

14.9環境光遮擋522

14.9.1基本原理522

14.9.2一個簡單的案例524

14.9.3效率的提升526

14.9.4平滑處理528

14.10本章小結529

第15章幾種高級著色器特效530

15.1運動模糊530

15.1.1普通運動模糊530

15.1.2高級運動模糊533

15.2遮擋透視效果536

15.2.1案例效果與基本原理536

15.2.2開發步驟538

15.3積雪效果541

15.3.1案例效果與基本原理541

15.3.2開發步驟541

15.4背景虛化542

15.4.1案例效果與基本原理542

15.4.2開發步驟543

15.5泛光效果545

15.5.1案例效果與基本原理545

15.5.2開發步驟546

15.6色調映射548

15.6.1案例效果與背景知識548

15.6.2開發步驟549

15.7體繪制550

15.7.1案例效果與基本原理550

15.7.2開發步驟551

15.8本章小結553

第16章骨骼動畫554

16.1開發骨骼動畫554

16.1.1骨骼動畫的基本原理554

16.1.2開發步驟557

16.1.3機器人模型在地面上運動時的

問題563

16.2ms3d骨骼動畫文件的加載566

16.2.1ms3d文件的格式566

16.2.2將3ds Max動畫文件轉換為

ms3d文件570

16.2.3加載ms3d文件案例的

開發574

16.3自定義格式骨骼動畫的加載591

16.3.1bnggdh文件的格式591

16.3.2Bnggdh類594

16.3.3加載bnggdh文件的案例594

16.4本章小結606

第17章讓應用運行得更流暢——

性能優化607

17.1著色器的優化607

17.1.1計算量及計算頻率的

相關問題607

17.1.2其他需要注意的問題608

17.2紋理圖的優化609

17.33D圖形繪制的優化610

17.3.1CPU階段的優化610

17.3.2幾何階段的優化611

17.3.3光柵化階段的優化612

17.重啟612

17.4.1基本原理612

17.4.2一個簡單的案例613

17.5幾何體實例渲染614

17.5.1基本原理614

17.5.2基於實例渲染的土星光環

案例615

17.6視錐體剪裁620

17.6.1AABB包圍盒的基本原理620

17.6.2AABB包圍盒的計算621

17.6.3視錐體剪裁的基本思路及

實現策略622

17.6.4一個簡單的案例623

17.7遮擋查詢626

17.7.1相關方法626

17.7.2基本原理和實現策略626

17.7.3一個簡單的案例627

17.8計算著色器的使用630

17.8.1基礎知識630

17.8.2動態法向量光照水面案例633

17.9多線程並發渲染640

17.9.1基本原理641

17.9.2飛船案例的開發641

17.10多子通道渲染646

17.10.1基本原理646

17.10.2一個簡單的案例647

17.11細節級別LOD652

17.12本章小結653

第18章雜項654

18.數旋轉654

18.1.1基本原理與案例效果654

18.1.2開發步驟656

18.23D拾取技術662

18.2.1案例效果與基本原理662

18.2.2開發步驟665

18.3多重采樣抗鋸齒670

18.3.1基本知識與案例效果670

18.3.2一個簡單的案例671

18.4保存屏幕截圖674

18.5Windows繫統窗口縮放676

18.6曲面細分著色器677

18.6.1基本知識677

18.6.2一個簡單的案例680

18.7幾何著色器685

18.8macOS、iOS與Linux平臺下Vulkan

應用的開發688

18.8.1macOS與iOS平臺下Vulkan

應用程序的開發688

18.8.2Linux平臺下Vulkan圖形應用

程序的開發692

18.9本章小結700

第19章基於Vulkan的3D休閑遊戲——

方塊歷險記701

19.1遊戲背景及功能概述701

19.1.1遊戲開發背景概述701

19.1.2遊戲功能簡介701

19.2遊戲的策劃及準備工作702

19.2.1遊戲的策劃703

19.2.2遊戲的開發準備工作703

19.3遊戲的架構705

19.3.1各類的簡要介紹705

19.3.2遊戲框架簡介706

19.4布景相關類707

19.4.13D布景類——My3Dlayer707

19.4.2總繪制類——MyDraw712

19.4.3攝像機管理類——

CameraUtil716

19.4.43D物體創建類——

Square3D717

19.5機關與方塊相關類718

19.5.1方塊管理類——

ZFTManager718

19.5.2地刺機關管理類——

DiCiBox721

19.5.3掉落塊機關管理類——

DiaoLuoManager722

19.6遊戲入口及輔助工具類724

19.6.1遊戲入口類——main724

19.6.2觸控監聽類——Touch2D726

19.7著色器的開發728

19.8遊戲的優化及改進730

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