计算机图形学建模技术与游戏开发

汇报人:XX2024-01-04计算机图形学建模技术与游戏开发目录CONTENCT计算机图形学基础三维建模技术纹理映射与光照技术动画与物理模拟游戏引擎架构与设计游戏开发实践01计算机图形学基础计算机图形学的定义计算机图形学的应用领域计算机图形学的发展历程研究计算机生成、处理和显示图形的科学和技术。游戏开发、电影制作、虚拟现实、计算机辅助设计等。从早期的二维图形处理到现代的三维图形渲染和交互式图形技术。计算机图形学概述01020304建模材质与贴图光照与阴影渲染图形渲染流程模拟光线在场景中的传播和物体表面的反射，生成逼真的光影效果。为模型添加颜色、纹理和光照效果，使其更真实。使用基本图形元素（如点、线、面）创建三维模型的过程。将三维模型转换为二维图像的过程，包括光栅化、着色和合成等步骤。图形处理器（GPU）图形API建模软件游戏引擎图形硬件与软件专门用于处理图形任务的硬件，具有并行处理能力和专用内存。应用程序与图形硬件之间的接口，如OpenGL、DirectX等。用于创建和编辑三维模型的工具，如Blender、Maya等。提供游戏开发所需的各种功能和工具，如Unity、UnrealEngine等。02三维建模技术80%80%100%多边形建模使用点、线、面等基本几何元素构建三维模型，常见如多边形网格。将二维图像（纹理）映射到三维模型表面，增加视觉细节和真实感。模拟光线在模型表面的反射和折射，实现更逼真的渲染效果。几何建模纹理映射光照模型NURBS建模曲面细分变形技术曲面建模通过算法将曲面细分为更小的部分，以提高渲染精度和性能。对曲面进行弯曲、扭曲等变形操作，以创建更复杂的形状。使用非均匀有理B样条（NURBS）曲线和曲面进行建模，适用于光滑的表面。

体积建模体素建模使用三维像素（体素）构建模型，类似于二维像素画在三维空间的扩展。隐式曲面通过隐函数定义曲面，如距离场、水平集等，实现更灵活的建模方式。建模软件与工具介绍一些流行的三维建模软件和工具，如Blender、Maya、3dsMax等。03纹理映射与光照技术定义在模型表面的二维坐标系统，用于将纹理图像映射到模型表面。纹理坐标纹理映射方法纹理过滤包括平面映射、圆柱映射、球面映射等，根据模型形状选择合适的映射方法。处理纹理图像在映射过程中的放大、缩小和旋转等操作，以保证图像质量。030201纹理映射原理及实现光照模型阴影处理光照模型与阴影处理描述光线在物体表面的反射和折射等物理现象，常用的光照模型包括Phong光照模型、Blinn-Phong光照模型等。通过计算光线在场景中的遮挡关系，生成阴影效果，增强场景的真实感。常用的阴影处理技术包括阴影贴图、阴影体积等。全局光照考虑场景中所有物体之间的光线传播和反射，实现更为复杂的光照效果，如间接光照、环境光遮蔽等。高级光照特性包括次表面散射、菲涅尔效应、高光反射等，用于模拟真实世界中的特殊光照现象。基于物理的渲染（PBR）模拟真实世界中的光线传播和物体表面的反射特性，实现更为真实的光照效果。高级光照技术04动画与物理模拟关键帧定义01关键帧是动画中的重要概念，它代表了动画中某个特定时刻的状态。通过设定关键帧，可以控制物体的位置、旋转、缩放等属性，从而实现动画效果。插值算法02在关键帧之间，需要使用插值算法来平滑地过渡动画状态。常见的插值算法包括线性插值、贝塞尔曲线插值等，它们可以根据不同的需求实现不同的动画效果。动画曲线编辑器03动画曲线编辑器是一种用于创建和编辑关键帧动画的工具。它允许用户直观地设置关键帧的位置和属性，并通过调整曲线形状来控制动画的速度和节奏。关键帧动画刚体动力学刚体动力学是研究刚体在力的作用下运动规律的学科。在游戏中，刚体动力学被用于模拟物体的碰撞、摩擦、重力等物理现象，从而实现更加真实的物理效果。柔体动力学柔体动力学是研究柔性物体在力的作用下变形和运动规律的学科。在游戏中，柔体动力学被用于模拟布料、毛发、水流等柔性物体的运动效果，增加游戏的视觉表现力。粒子系统粒子系统是一种用于模拟大量微小粒子运动的技术。在游戏中，粒子系统被用于模拟烟雾、火焰、雨雪等自然现象，营造出更加逼真的游戏环境。物理模拟方法游戏AI概述游戏AI是指利用人工智能技术来增强游戏体验和游戏性的方法。它可以包括游戏角色的行为模拟、智能寻路、战斗策略等方面。行为树与有限状态机行为树和有限状态机是游戏AI中常用的两种技术。行为树通过构建树状结构来管理游戏角色的行为决策，而有限状态机则通过定义不同状态之间的转移条件来实现角色的行为变化。机器学习在游戏中的应用随着机器学习技术的发展，越来越多的游戏开始尝试使用机器学习算法来改进游戏AI的表现。例如，通过训练神经网络来预测玩家的行为，或者利用强化学习算法让游戏角色学习如何更好地完成任务。人工智能在游戏中的应用05游戏引擎架构与设计游戏引擎是一个为游戏开发者提供的一整套开发工具和环境，包括图形渲染、物理模拟、音频处理、人工智能等模块，用于简化游戏开发过程，提高开发效率。游戏引擎定义游戏引擎通常采用分层架构，包括底层系统层、中间层引擎层和上层应用层。底层系统层负责与硬件交互，提供基本的图形、音频、输入等功能；中间层引擎层提供游戏开发所需的核心功能，如渲染引擎、物理引擎、音频引擎等；上层应用层则提供游戏逻辑和具体实现。游戏引擎架构游戏引擎概述渲染引擎负责将3D模型转换成2D图像显示在屏幕上，包括顶点处理、光栅化、纹理映射等步骤。渲染流程渲染引擎通过模拟光线传播和物体表面的反射、折射等特性，实现真实感的光照和阴影效果。光照与阴影渲染引擎还支持各种特效处理，如粒子系统、动态模糊、后处理效果等，以增强游戏的视觉表现力。特效处理渲染引擎刚体动力学物理引擎通过刚体动力学模拟物体的运动状态，包括位置、速度、角速度等，实现物体的碰撞检测和响应。柔体动力学物理引擎还支持柔体动力学模拟，如布料、绳索等物体的运动和变形。物理模拟物理引擎负责模拟现实世界中的物理现象，如重力、碰撞、摩擦等，为游戏提供真实的物理环境。物理引擎03音频混合与特效音频引擎还支持音频混合和特效处理，如回声、混响、均衡器等效果，以丰富游戏的听觉体验。01音频处理音频引擎负责处理游戏中的声音效果，包括音效、背景音乐、语音对话等。023D音效音频引擎支持3D音效技术，通过计算声音传播的距离和方向，实现真实感的声音定位和环境音效。音频引擎06游戏开发实践确定游戏主题、世界观、玩法等核心要素，形成初步的游戏概念。游戏概念设计基于游戏概念，设计游戏的初步原型，包括游戏规则、界面布局、操作流程等。游戏原型设计从玩家角度出发，优化游戏设计，提高游戏的可玩性和趣味性。玩家体验设计游戏策划与原型设计场景设计设计游戏中的各种场景，包括地形、建筑、植被等，营造游戏氛围。角色设计设计游戏中的人物角色，包括外观、动作、表情等，塑造角色个性。特效设计设计游戏中的各种特效，如光影、粒子效果、动画等，增强游戏视觉冲击力。游戏美术设计开发游戏引擎，提供游戏开发所需的各种功能和工具。游戏引擎开发基于游戏引擎，实现游戏的核心逻辑和规则。游戏逻辑实现开发游戏的用户界面，包括菜单、按钮、提示等。游戏界面开发优化游戏代码和资源，提高游戏的运行效率和流畅度。游戏性能优化游戏程