Python遊戲開發講座｜演算法篇 (電子書) pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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廣瀬豪

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好的，这是一本关于游戏开发的图书简介，内容不包含您提到的那本书： 深入浅出：现代游戏引擎设计与实现（电子书） 告别黑盒操作，直击核心原理，掌控游戏开发的主导权 本书是一部为有志于深入理解游戏引擎底层机制、渴望从“游戏使用者”蜕变为“游戏架构师”的开发者量身定制的深度指南。我们摒弃了对特定商业软件API的简单调用教学，转而聚焦于驱动现代游戏运行的那些通用且核心的计算机科学原理、数学模型以及软件工程实践。 阅读本书，你将系统地学习如何从零开始构建一个功能完备、性能优异的轻量级游戏引擎，理解图形渲染管线、物理碰撞检测、资源管理、输入处理以及高级人工智能决策背后的数学和逻辑基础。 --- 第一部分：引擎基石与架构设计（The Engine Foundation） 本篇将引导读者搭建起整个游戏引擎的骨架，讨论在不同硬件约束下如何做出最佳的架构决策。 第一章：现代游戏引擎的组件划分与生命周期管理 模块化设计哲学： 探讨面向对象、面向数据（ECS）以及混合架构在游戏引擎中的适用性与取舍。 主循环的艺术： 深入分析可变帧时间（Variable Timestep）与固定帧时间（Fixed Timestep）的实现细节，以及如何通过累加器（Accumulator）确保物理计算的稳定性。 跨平台抽象层（HAL）： 如何设计一套接口，使得核心逻辑可以独立于底层操作系统和图形API（如DirectX、Vulkan、Metal）存在。 第二章：内存管理与资源流水线 高效的内存分配策略： 剖析堆（Heap）与栈（Stack）的传统管理方式，重点介绍内存池（Memory Pooling）、线性分配器（Linear Allocator）以及如何为特定数据结构定制专属分配器，以应对游戏运行时频繁的对象创建与销毁。 资源热加载与卸载： 讨论异步加载机制，如何使用观察者模式或信号系统来管理资源的加载进度和完成通知，确保流畅的游戏体验。 序列化与持久化： 比较JSON、XML、二进制格式在游戏存档和配置中的优劣，实现可扩展的自定义二进制序列化方案。 --- 第二部分：视觉的魔法：实时渲染管线（The Graphics Pipeline） 本部分将深入现代实时渲染的核心，从数学到代码，揭示屏幕上动态画面的生成过程。 第三章：数学基础与变换 向量、矩阵与四元数精讲： 重新审视三维空间中的基础运算，重点讲解四元数在不产生万向节死锁（Gimbal Lock）的情况下实现平滑旋转的原理。 坐标系转换的迷宫： 详细拆解模型空间、世界空间、观察空间、裁剪空间到屏幕空间的完整变换流程，并实现一个自定义的MVP矩阵计算器。 透视投影与正交投影的实现细节。 第四章：基础渲染管线构建 顶点、纹理与着色器语言（Shader Language）入门： 介绍图形API（如OpenGL或类似接口）的工作流程，并编写第一个顶点着色器（Vertex Shader）和片段着色器（Fragment Shader）。 光照模型： 实现基于物理的渲染（PBR）的基础：理解环境光、漫反射（Lambertian）、高光（Blinn-Phong）的数学公式，并探讨如何应用法线贴图（Normal Mapping）增加细节。 深度测试与混合（Blending）： 解决透明物体的渲染顺序问题，实现正确的深度写入与颜色混合算法。 第五章：高级渲染技术 延迟渲染（Deferred Shading）概述： 探讨其解决多光源场景下性能瓶颈的优势，并实现基础的G-Buffer（几何缓冲区）的写入与光照计算。 后处理特效： 实现屏幕空间环境光遮蔽（SSAO）和基础的泛光（Bloom）效果的数学原理和实现步骤。 --- 第三部分：运动与交互：物理与碰撞系统（Dynamics and Interaction） 本篇将把静态的场景转化为具有真实物理感知的世界。 第六章：刚体动力学基础 牛顿运动定律在游戏中的应用： 理解力和力矩的概念，实现基于欧拉积分（Euler Integration）和更稳定的半隐式欧拉积分（Semi-implicit Euler）来更新物体的位置和速度。 运动学与动力学分离： 讨论角色控制器（Character Controller）与刚体模拟的隔离设计，避免穿透和不稳定的交互。 第七章：碰撞检测的几何学 包围盒（Bounding Volumes）的使用： 介绍AABB（轴对齐包围盒）和OBB（定向包围盒）的检测算法，并实现高效的层次化包围盒结构（Bounding Volume Hierarchy, BVH）用于加速场景查询。 连续碰撞检测（CCD）： 解决高速移动物体“穿墙”问题的方法，探讨基于时间步长的扫描。 精细化碰撞： 介绍GJK（Gilbert-Johnson-Keerthi）算法和EPA（Expanding Polytope Algorithm）在凸多面体碰撞检测中的应用原理。 第八章：接触与响应 约束求解器（Constraint Solver）： 介绍如何使用迭代法（如顺序轴上投影法SAP或基于增量的迭代求解器）来处理关节、地面接触和堆叠的稳定性。 摩擦力与恢复系数： 物理反馈的关键，如何根据材料属性调整碰撞的能量损失和切向力的计算。 --- 第四部分：世界构建与AI逻辑（World Building & Intelligence） 本篇将超越基础模拟，探讨如何组织复杂的世界数据和驱动非玩家角色（NPC）。 第九章：场景管理与数据驱动设计 空间划分结构： 实现和对比四叉树（Quadtree）和八叉树（Octree）在二维和三维场景管理中的效率，用于视锥剔除（Frustum Culling）和查询加速。 地形与LOD（细节层次）： 介绍高度图的加载与渲染，以及如何使用分块（Chunking）和LOD技术来优化大场景的渲染性能。 第十/十一章：非玩家角色的决策系统 有限状态机（FSM）与行为树（Behavior Trees）： 详细解析FSM的局限性，并重点讲解行为树如何提供更灵活、更易于维护的NPC逻辑结构。 寻路算法进阶： 从A算法出发，介绍其在网格地图和导航网格（NavMesh）上的应用，以及如何动态更新NavMesh以适应环境变化。 总结： 本书提供的不是现成的模板，而是蓝图和工具箱。通过跟随本书的指引，你将建立起对游戏引擎内部运作的深刻理解，从而有能力为任何类型的游戏——无论是2D平台跳跃、第一人称射击还是复杂的模拟游戏——设计出高度优化且可扩展的核心系统。掌握这些原理，你将不再受限于任何商业引擎的“最佳实践”，而是能够创造属于自己的“最佳实践”。