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出版者:Prentice Hall PTR

作者:Aaron E. Walsh

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2001-08-09

价格:USD 34.99

装帧:Paperback

isbn号码:9780130340764

丛书系列:

图书标签:

• Java 3D
• 3D图形
• 游戏开发
• API
• 编程
• 计算机图形学
• 可视化
• Java
• 技术
• 开发教程

深入探索现代游戏开发与可视化：C++ 与 OpenGL 实践指南 本书聚焦于使用 C++ 语言，结合强大的 OpenGL 库，构建高性能、交互式的三维图形应用程序和游戏。我们不讨论任何特定于 Java 平台的三维 API，而是将精力完全投入到跨平台、底层图形编程的核心技术栈中。 --- 第一部分：图形编程基石与环境搭建 第一章：现代图形管线的概述与 C++ 环境配置 本章将为读者奠定坚实的现代图形编程基础。我们将从历史回顾入手，对比固定功能管线与可编程管线的演变，明确当前主流的基于着色器的渲染架构。重点将放在理解图形渲染管线的各个阶段，包括应用阶段、几何阶段、光栅化阶段和输出合并阶段。 在环境搭建方面，我们将详细指导读者如何配置一个健壮的、跨平台的 C++ 开发环境。这包括选择合适的 C++ 标准（C++17 或 C++20），配置编译器（GCC, Clang, MSVC），并使用 CMake 或 Meson 等现代构建系统来管理复杂的依赖关系。我们将重点演示如何集成关键的第三方库，为后续的 OpenGL 编程做好准备。 第二章：窗口管理与底层输入处理：GLFW 与 SDL 实践 要进行三维渲染，首先需要一个窗口来承载视图。本章将深入探讨使用轻量级库（如 GLFW 或 SDL）来创建和管理窗口上下文。我们将详细讲解如何初始化 OpenGL 上下文，包括设置版本（如 OpenGL 4.5 Core Profile），以及处理上下文的创建和销毁。 输入处理是交互式应用的核心。本章将覆盖从基本的键盘和鼠标输入到高级的控制器输入（如使用 SDL_GameController）的全部内容。我们将实现一个事件驱动的模型，确保应用程序能够高效、非阻塞地响应用户操作，例如窗口大小调整、光标捕获和按键映射。 第三章：OpenGL 入门：函数调用与状态机管理 本章是本书 OpenGL 实践的起点。我们将直接与 OpenGL API 交互，理解其作为状态机的本质。内容涵盖基础的 API 调用，如设置清屏颜色、启用深度测试、设置视口（Viewport）和设置投影矩阵的基础操作。 我们将介绍如何使用现代 OpenGL 的核心概念，如 VAO（Vertex Array Objects）和 VBO（Vertex Buffer Objects）来高效地组织和上传顶点数据到 GPU。对于初学者，我们将清晰地解释顶点数据流动的路径，并演示如何编写第一个渲染循环，绘制一个简单的三角形。 --- 第二部分：可编程管线的核心：着色器编程 第四章：GLSL 语言深度解析与着色器程序生命周期 现代 OpenGL 的强大之处在于其可编程性。本章将专注于 GLSL（OpenGL Shading Language）。我们将从基本的数据类型、控制流（if/else, for/while）开始，逐步深入到高级特性，如 Uniform 缓冲区对象（UBOs）和 Shader Storage Buffer Objects（SSBOs）。 我们将详细剖析顶点着色器（Vertex Shader）、片段着色器（Fragment Shader）的功能和职责。重点是如何在这些着色器之间传递数据（Varyings）。此外，我们还会讲解如何使用 C++ 主程序编译、链接并激活着色器程序，以及处理常见的编译和链接错误。 第五章：变换、投影与相机系统 三维场景的呈现离不开精确的数学变换。本章将全面介绍使用线性代数（矩阵和向量）来实现三维变换的原理。我们将聚焦于如何使用 GLM（OpenGL Mathematics Library）来高效地执行平移、旋转和缩放操作。 核心内容包括： 1. 模型矩阵（Model Matrix）：定义物体在世界空间中的位置和方向。 2. 视图矩阵（View Matrix）：模拟相机的世界定位，通常基于“反向”的相机变换。 3. 投影矩阵（Projection Matrix）：模拟透视（Perspective）或正交（Orthographic）效果，将三维坐标映射到裁剪空间。 本章将构建一个功能完备的“轨道球相机”系统，允许用户通过鼠标交互来自由探索场景。 第六章：光照模型与物理渲染基础（PBR 前奏） 光照是决定三维画面真实感的关键因素。本章将从基础的非物理光照模型入手，实现经典的 Phong/Blinn-Phong 模型。我们将详细解析漫反射（Diffuse）、高光反射（Specular）和环境光的计算。 随后，我们会引入更具现代感的概念，如光照的迭代计算和光源类型的管理（点光源、定向光源、聚光灯）。我们将使用 Uniform 数组来管理场景中的多个光源，并在着色器中高效地遍历它们。本章的实践重点在于理解法线（Normals）在光照计算中的核心作用。 --- 第三部分：高级渲染技术与性能优化 第七章：纹理映射与数据压缩 纹理是为几何体添加细节和颜色的主要方式。本章将深入讲解如何使用 OpenGL 纹理对象，包括 2D 纹理、立方体贴图（Cube Maps）以及多重纹理（Multi-Texturing）。 关键技术点包括： 纹理坐标的生成与应用。 Mipmapping 的概念及其重要性，以及如何配置纹理过滤模式（线性、最近点）。 加载图像文件（如使用 stb_image 库）并将数据上传到 GPU 内存。 引入法线贴图（Normal Mapping）技术，以在不增加几何复杂性的情况下模拟表面细节。 第八章：深度缓冲区、混合与剔除 本章处理渲染顺序和视觉效果的精确控制。我们将深入研究深度缓冲区（Z-Buffer）的工作原理，理解为什么深度测试（Depth Testing）是实现正确遮挡关系的基础。我们将探讨深度写入、深度比较函数的设置，以及深度冲突（Z-Fighting）的常见原因和解决方案。 此外，我们将实现透明物体的正确渲染：通过启用混合（Blending）并确保对象按正确的顺序绘制（从后到前排序）来处理半透明材质。遮挡剔除（Culling）策略，包括正面/背面剔除，也将作为性能优化的重要环节进行讲解。 第九章：帧缓冲对象（FBO）与后处理效果 帧缓冲对象（Frame Buffer Objects, FBOs）是实现复杂渲染效果的基石，例如延迟着色（Deferred Shading）或屏幕空间效果。本章将详细介绍如何创建和绑定自定义的 FBO，将其作为渲染目标，而不是默认的屏幕窗口。 实践部分将集中于实现几种常见的后处理效果，这些效果都需要将前一帧的渲染结果作为输入纹理进行处理： 1. 屏幕空间环境光遮蔽（SSAO） 的基本原理。 2. 后处理 Bloom（泛光）效果。 3. 色彩校正（Color Correction） 和伽马校正。 第十章：数据同步与性能调优 在高性能应用中，CPU 和 GPU 之间的同步是性能瓶颈的关键。本章将探讨异步计算（如果硬件和驱动支持）和同步对象的使用。 性能调优部分将侧重于实践工具的使用，指导读者如何利用性能分析工具（如 RenderDoc 或特定平台的 GPU 调试器）来识别瓶颈，例如过度绘制（Overdraw）、不必要的状态更改和过多的内存带宽占用。我们将讨论实例化（Instancing）技术，用以高效渲染大量相同的几何体，以及如何优化 UBO/SSBO 的布局以提高数据传输效率。 --- 目标读者： 本书面向具有扎实 C++ 基础，希望掌握底层、高性能三维图形编程的开发者。它适合那些寻求理解渲染管线内部机制，并希望构建跨平台、无依赖框架限制的图形应用或游戏的工程师和高级爱好者。本书内容完全集中于 C++ 和 OpenGL/底层图形 API，与 Java 3D API 无任何关联。

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我是一位对计算机图形学充满热情的业余爱好者，一直梦想着用Java来创建属于自己的3D世界。当我看到《Java 3D API Jump-Start》这本书时，我立刻被它所吸引。我希望这本书能够用简单易懂的语言，带领我 Schritt für Schritt（一步一步）地走进Java 3D API的世界。我特别期待能够学习到如何创建基本的3D几何体，例如立方体、球体和圆锥体，并了解如何为它们设置不同的颜色和纹理。此外，我也对如何创建复杂的3D场景，包括添加多个物体、设置相机视角以及实现简单的动画效果等，充满了浓厚的兴趣。如果这本书能够提供一些关于如何处理用户输入，例如键盘和鼠标操作，并将其转化为3D场景中的交互，那将是极大的惊喜。我希望通过这本书，我能够真正地掌握Java 3D API，并能够开始创作属于自己的3D艺术品。

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在我的职业生涯中，我曾接触过多种图形编程技术，但Java 3D API对我来说仍然是一片相对陌生的领域。我一直在寻找一本能够系统性地介绍Java 3D API的书籍，以便能够快速地建立起对它的全面认识。我希望这本书不仅仅是 API 的简单罗列，更应该能够深入浅出地讲解其背后的设计理念和工作原理。我非常看重书中对于“场景图”这一核心概念的讲解，希望能够理解它是如何组织和管理3D场景中的元素的。此外，我对如何在Java 3D API中实现高级的渲染技术，例如纹理映射、着色器和后处理效果等，也充满了好奇。如果这本书能够提供一些关于如何优化3D应用程序性能的实用建议，例如如何有效地管理内存和CPU资源，那将是锦上添花。我期待这本书能够帮助我构建出具有视觉冲击力且性能卓越的3D应用程序，并为我未来的项目开发打下坚实的基础。

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作为一个软件工程师，我经常需要处理数据可视化方面的问题，并且对3D数据可视化尤其感兴趣。Java 3D API作为Java生态系统中用于3D图形渲染的重要工具，我一直想深入了解它。我希望这本书能够提供一个清晰的学习路径，帮助我理解Java 3D API的基本架构，包括它的核心组件和工作流程。我尤其关注如何在Java 3D API中实现自定义的3D模型加载和渲染，以及如何利用它来展示和分析复杂的数据集。我希望这本书能够包含一些关于如何使用Java 3D API来创建交互式3D图表和可视化仪表盘的示例。此外，我也对如何在Java 3D API中集成外部库或框架，以增强3D应用程序的功能和性能，抱有浓厚的兴趣。这本书能否帮助我提升在3D数据可视化领域的技能，并为我解决实际项目中的挑战，是衡量其价值的关键。

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这本书的封面设计就足够吸引人，简洁明了，一看就知道是关于Java 3D API的。我一直对3D图形编程很感兴趣，但又觉得入门门槛很高，总是被那些复杂的数学概念和晦涩的API文档吓退。当我看到这本书的标题“Jump-Start”时，我仿佛看到了一丝曙光。我希望能在这本书中找到一个清晰的路径，能够带领我从零开始，逐步理解Java 3D API的核心概念，并能够着手开发自己的3D应用。我非常期待能够学习到如何创建和操控3D场景中的物体，如何设置光照和材质，以及如何实现基本的交互和动画。更重要的是，我希望这本书能够提供一些实用的代码示例，让我能够边学边练，将理论知识转化为实际技能。我希望它不仅仅是一本理论书籍，更是一本能够激发我创造力的实践指南。如果这本书能够让我摆脱对3D编程的畏惧感，并激发我深入探索这个迷人领域的兴趣，那么它就是一本成功的书。我迫不及待地想翻开它，开启我的3D编程之旅。

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我是一位对视觉效果和用户体验高度重视的软件架构师。在我的工作中，我经常需要设计能够提供沉浸式体验的应用程序，而3D可视化是实现这一目标的重要手段。我一直对Java 3D API很感兴趣，并希望能够深入了解它的能力和应用范围。我希望这本书能够提供一个全面的视角，让我了解Java 3D API是如何工作的，以及它在不同领域的应用案例。我特别关注这本书是否能够讲解如何在Java 3D API中实现高级的图形渲染技术，例如纹理合成、光线追踪以及物理渲染等。此外，我也对如何在Java 3D API中构建灵活且响应式的3D用户界面，以及如何实现多用户交互和协作，抱有浓厚的兴趣。如果这本书能够提供一些关于如何将Java 3D API与Web技术或移动平台集成，以实现跨平台的3D体验，那将是极大的价值。我希望这本书能够帮助我做出更明智的技术选型，并能够为我的团队提供清晰的3D开发指导。

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我是一名经验丰富的Java开发者，但对于3D图形编程的领域却了解甚少。我一直想寻找一本能够让我快速上手Java 3D API，并能够理解其核心概念和常用功能的书籍。我希望这本书能够提供一个清晰的学习路线图，引导我从最基础的3D场景构建开始，逐步深入到更复杂的渲染技术和交互设计。我特别看重书中对于Java 3D API场景图结构的详细讲解，希望能够理解它是如何有效地组织和管理3D空间中的元素。同时，我也对如何在Java 3D API中实现逼真的光照和材质效果，以及如何进行3D模型的导入和导出等操作，抱有浓厚的兴趣。如果这本书能够提供一些关于如何优化Java 3D应用程序的性能，例如通过有效的场景管理和渲染技术，那将是非常有价值的。我希望这本书能够帮助我快速掌握Java 3D API，并能够将其应用于我的实际项目中，提升我开发3D应用程序的能力。

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我是一个对游戏开发充满向往的学生，一直希望能用Java来创造属于自己的3D游戏。当我看到《Java 3D API Jump-Start》这本书时，我看到了实现这个梦想的希望。我非常期待这本书能够详细介绍Java 3D API在游戏开发中的应用，例如如何创建和控制游戏角色，如何实现逼真的物理效果，以及如何设计引人入胜的游戏场景。我希望这本书能够提供一些关于如何在Java 3D API中实现游戏逻辑、碰撞检测和用户输入处理的教程。此外，我也对如何在Java 3D API中创建各种游戏特效，例如粒子系统、光照效果和后处理效果等，充满了好奇。如果这本书能够提供一些关于如何优化游戏性能，以及如何将Java 3D API与其他游戏开发框架或引擎集成，那将是极大的帮助。我希望通过这本书，我能够真正掌握Java 3D API，并能够开始开发我自己的3D游戏。

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这本书的名称“Jump-Start”给我一种即时性和可行性的感觉，我非常看重这一点。我希望这本书能够提供一个高效的学习方法，让我能够快速地掌握Java 3D API的核心技能，并能够立即开始进行3D应用程序的开发。我非常期待这本书能够包含大量的代码示例，并且这些示例都能够直接运行，并且能够清楚地展示出Java 3D API的各种功能。我希望能够学习到如何创建和控制3D场景中的物体，如何设置光照和材质，以及如何实现基本的动画和交互。我尤其希望这本书能够帮助我理解如何将Java 3D API与其他Java库或框架集成，以构建更复杂和功能更强大的3D应用程序。如果这本书能够提供一些关于如何调试和优化3D应用程序的实用技巧，那将是锦上添花。我希望这本书能够让我从零开始，快速地建立起对Java 3D API的信心，并能够自信地进行3D编程。

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我是一位对新技术的探索充满热情的独立开发者。当我偶然发现《Java 3D API Jump-Start》这本书时，我立刻被它所吸引。我希望这本书能够为我提供一个清晰且完整的Java 3D API学习框架，让我能够从基础概念到高级应用，都能够有一个扎实的理解。我非常期待书中能够包含丰富的代码示例，并且这些示例能够覆盖Java 3D API的各个方面，从创建简单的3D对象到实现复杂的动画和交互。我尤其希望能够学习到如何有效地利用Java 3D API来创建具有视觉吸引力的3D用户界面，以及如何实现用户与3D场景的自然交互。如果这本书能够提供一些关于如何优化3D应用程序的性能，例如通过有效的资源管理和渲染技术，那将是极大的帮助。我希望通过这本书，我能够充分发挥Java 3D API的潜力，并能够创作出令人印象深刻的3D应用程序，并为我的个人项目注入新的活力。

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我购买这本书的初衷，是想快速掌握Java 3D API，以便在我的项目中应用3D可视化技术。我的项目需要展示复杂的3D模型，并且需要用户能够以直观的方式与之交互，例如旋转、缩放模型，或者在模型上进行高亮显示等。我一直在寻找一本能够提供清晰、易懂的教程，并且包含大量实际应用案例的书籍。我对这本书的期望很高，希望它能够详细介绍Java 3D API的各个方面，从基础的场景图结构到高级的渲染技术。我尤其关心如何加载和处理各种3D模型格式，以及如何实现逼真的光照和材质效果。如果这本书能够教会我如何构建一个响应式的3D用户界面，并提供一些优化3D渲染性能的技巧，那将是极大的帮助。我希望这本书的作者能够用浅显易懂的语言解释复杂的概念，并且提供足够多的代码示例，让我可以轻松地复制和修改。这本书能否帮助我解决实际项目中的问题，将是衡量其价值的关键。

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