Ultimate Game Programming with DirectX pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版者:Charles River Media

作者:Allen Sherrod

出品人:

页数:496

译者:

出版时间:2009-1-21

价格:USD 49.99

装帧:Hardcover

isbn号码:9781584505594

丛书系列:

图书标签:

• DirectX
• 游戏编程
• 图形编程
• C++
• 游戏开发
• Direct3D
• Windows
• 编程技术
• 计算机图形学
• 游戏引擎

游戏开发前沿技术深度解析：现代图形API与实时渲染实践 本书聚焦于当前主流的、高性能的实时渲染技术与游戏引擎开发核心。它并非针对特定版本的DirectX API进行详尽的教学，而是致力于为读者构建一个坚实的基础，使其能够驾驭现代图形编程的复杂性，并适应未来图形技术的发展趋势。 本书结构严谨，内容涵盖了从底层硬件交互到高级视觉效果实现的完整流程，旨在培养具备独立、高效开发能力的图形程序员。 --- 第一部分：图形管线与现代API范式 本部分将彻底解构现代图形编程的底层逻辑和架构思维，为后续的深入实践打下坚实的基础。 第一章：现代图形 API 概览与设计哲学 我们将超越单一API的限制，深入探讨图形驱动模型（如Mantle、Vulkan、Metal）的核心设计哲学——显式性、性能可控性与多线程优化。内容将侧重于理解硬件抽象层的设计目标，以及如何通过新的API范式，实现对GPU资源的精细化控制。我们将讨论同步原语、资源布局管理和命令提交的异步特性。 第二章：底层硬件接口与驱动交互 本章深入探讨CPU与GPU之间的数据交换机制。内容包括：内存可见性、缓存一致性、描述符表（Descriptor Heaps/Sets）的构建与管理，以及如何有效利用硬件队列（Graphics, Compute, Transfer）。我们将详细分析指令包（Command Lists/Buffers）的录制、提交与执行生命周期，并对比不同API在性能剖析工具（如PIX, RenderDoc）中的数据呈现差异。 第三章：几何处理与光栅化流程重构 传统固定功能流水线已成为历史，本章侧重于可编程的几何处理阶段。我们将详细介绍计算着色器（Compute Shaders）在几何处理中的应用，例如：基于GPU的LOD（Level of Detail）生成、位移贴图（Tessellation）的替代方案，以及高性能的几何剔除技术（如Frustum Culling与Occlusion Culling的GPU实现）。光栅化部分，我们将探讨如何利用GPU并行性加速预深度（Pre-Z）Pass的写入和早期Z剔除的效率。 --- 第二部分：高效着色器编程与材质系统 本部分是实现视觉保真的核心。内容聚焦于如何编写高效、功能强大的着色器代码，并构建灵活的材质系统。 第四章：高级着色器语言与编译优化 本书将使用主流的高级着色器语言（如HLSL或GLSL的最新版本）作为载体，但重点在于优化。我们将研究着色器编译过程中的优化标志、指令限制，以及如何避免常见的性能陷阱，如分支合并、寄存器压力管理和纹理采样器的绑定效率。此外，还将涵盖Shader Model的演进对渲染效果的实际影响。 第五章：基于物理的渲染（PBR）深度解析 PBR不再是可选项，而是现代游戏视觉的基础。本章将详细阐述基于能量守恒的渲染方程的离散化实现。我们将深入探讨： 微表面模型（Microfacet Models）： 比较GGX、Beckmann等分布函数的数学特性及其在不同材质下的适用性。 各向异性与菲涅尔方程： 如何精确模拟金属、塑料和磨砂表面的光照响应。 环境光照捕获： 预计算辐照度（Irradiance）和光照探针（Light Probes）的球面谐波（SH）或基于采样的方法。 第六章：纹理、采样与内存布局优化 纹理读取是GPU性能的主要瓶颈之一。本章将讨论纹理资源的最佳实践： 纹理压缩标准： 深度解析BCn（DXTn）、ASTC等压缩格式的质量与性能权衡。 纹理寻址模式： 非标准寻址（如三线性插值、各向异性过滤）的性能开销分析。 UAV（Unordered Access Views）与RWStructuredBuffers： 如何高效地将数据读写绑定到计算或像素着色器中，以实现复杂的后处理效果。 --- 第三部分：复杂场景管理与高性能渲染技术 本部分关注如何管理大规模场景的数据流，并实现当前次世代游戏中常见的先进渲染技术。 第七章：场景层次结构与视锥体管理 高效的场景管理是避免不必要绘制调用的关键。我们将探讨： 空间数据结构： 深度对比BVH（包围盒层次结构）、BSP树和四叉树/八叉树在动态场景中的构建与遍历成本。 批处理与Draw Call最小化： 实例渲染（Instancing）的高级应用，包括GPU实例化和基于CPU的固定功能实例化。 可见性算法： 实施高效的遮挡剔除（Occlusion Culling）算法，包括硬件加速的遮挡查询（Occlusion Queries）以及基于深度图的软件剔除。 第八章：延迟渲染（Deferred Shading）与基于图元（Forward+）的比较 延迟渲染的原理及其现代变体是实现大量动态光源的关键。本章将： 分析G-Buffer的布局优化和带宽消耗。 详细讲解Tile-Based Deferred Rendering (TBDR) 的核心思想，以及如何利用计算着色器实现Forward+ Rendering，以解决延迟渲染在过度绘制和光照数量上的限制。 第九章：高级后处理效果的实现 本章将构建一个完整的后处理链，重点在于性能与视觉效果的平衡。内容包括： 屏幕空间技术： 屏幕空间环境光遮蔽（SSAO/HBAO）的实现、屏幕空间反射（SSR）的质量提升。 深度、运动模糊与曝光控制： 编写可逆的、时间采样稳定性的特效。 降噪技术： 介绍现代时间抗锯齿（TAA）的原理，以及如何集成GPU降噪器（如NVIDIA ReSTIR或AMD FidelityFX技术）的概念，以支持光线追踪的早期采样。 --- 第四部分：计算着色器与并行计算的融合 本部分探讨如何将GPU的强大并行计算能力用于非图形任务，以驱动现代游戏机制。 第十章：通用计算（GPGPU）基础与调度 从图形管线中解放出来，通用计算着色器可以处理物理模拟、粒子系统、布料解算等任务。本章将： 讲解Dispatch Mesh/Grid的线程组织逻辑。 深入研究原子操作（Atomic Operations）在多线程数据竞争避免中的作用。 第十一章：高性能粒子系统与流体模拟 我们将使用计算着色器实现一个高性能的粒子系统。内容包括： 基于SPH（Smoothed Particle Hydrodynamics） 概念的简化流体模拟的GPU实现。 面向GPU的碰撞检测和反馈机制。 第十二章：集成实时光线追踪与混合渲染 本章面向最高阶的渲染技术。在不依赖特定厂商扩展的前提下，我们将探讨： 光线追踪加速结构（BVH）： 如何在CPU/GPU上预构建和更新光线追踪所需的加速结构。 混合渲染范式： 如何将传统的栅格化渲染与计算着色器生成的间接光照（如光线追踪计算）高效地融合在一个帧中。 --- 本书旨在提供一个跨越当前主流图形API的、面向未来十年的图形学知识体系。读者在完成本书的学习后，将能独立设计和实现高性能、高保真的实时渲染器。

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