游戏引擎是一个处理游戏底层技术的平台,使用游戏引擎,游戏开发人员可以不用花过多精力去处理系统架构、内存管理、图像绘制等一些底层的技术,可以直接使用引擎提供的API来进行游戏开发,从而大大缩短游戏开发时间,因此引擎是非游戏特有的技术。3D引擎是游戏引擎中的子引擎,负责3D图形绘制功能。本文通过设计通用3D引擎的过程中,来研究3D图形系统。 本文主要对物体在各种坐标系中的变换和光照处理,着色技术和纹理映射等方面进行了研究。首先以3D引擎的流水线为主线,分析和研究了3D流水线的各个步骤,如:局部坐标到世界坐标的变换、相机模型、世界坐标到相机坐标变换、物体剔除、背面消除、相机坐标到透视坐标变换、透视坐标到屏幕坐标变换、相机坐标到屏幕坐标的变换。从而对3D图形变换的各个部分的算法进行研究,得到了基本的3D线框引擎。接着重点探讨了两个渲染模块:光照和纹理。因为它们在3D图形里面非常重要,是模拟真实世界的关键技术。光照模块实现了无穷远光源、点光源、聚光灯、环境光等四种类型的光源,折射、反射、散射等基本的光学原理及着色光照。着色光照计算能给物体着上一种特定的颜色;根据不同类型的物体,选择不同的着色方法能使物体更接近三维世界效果。纹理映射相当于物体的外表图案,给物体映射上纹理,能极大的增加物体的真实性。纹理模块实现了纹理映射以及纹理过滤的方法。 本文通过设计3D引擎的架构,对3D图形系统进行了分析和研究,使我们对3D引擎的架构、原理有了一个清楚的认识,对3D图形各个方面的概念、原理和算法有了较深入的理解。