Vulkan开发实战详解电子书

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内容提要

前言

第1章 初识Vulkan

1.1 Vulkan概览

1.1.1 Vulkan简介

1.1.2 支持Vulkan的游戏概览

1.2 搭建开发环境

1.2.1 Android平台开发环境的配置

1.2.2 Windows平台开发环境的配置

1.3 第一个Vulkan程序

1.3.1 案例的运行效果

1.3.2 Vulkan应用程序的基本架构

1.3.3 3色三角形案例相关类的介绍

1.3.4 Vulkan中的常用方法

1.3.5 MyVulkanManager类的基本结构

1.3.6 创建Vulkan实例

1.3.7 获取物理设备列表

1.3.8 创建逻辑设备

1.3.9 创建命令缓冲

1.3.10 获取设备中支持图形工作的队列

1.3.11 初始化交换链

1.3.12 创建深度缓冲

1.3.13 创建渲染通道

1.3.14 创建帧缓冲

1.3.15 创建绘制用物体

1.3.16 初始化渲染管线

1.3.17 创建栅栏和初始化呈现信息

1.3.18 初始化基本变换矩阵、摄像机矩阵、投影矩阵

1.3.19 执行绘制

1.3.20 销毁相关对象

1.3.21 整体流程的执行

1.3.22 顶点着色器和片元着色器

1.4 Vulkan中立体物体的构建

1.5 本章小结

第2章 渲染管线和调试技术

2.1 渲染管线

2.2 着色器的预编译

2.3 Vulkan调试技术

2.4 Vulkan GPU大PK

2.4.1 移动端GPU的4大家族

2.4.2 PC端GPU中3大家族

2.5 本章小结

第3章 着色器编程语言——GLSL

3.1 着色语言概述

3.2 着色语言基础

3.2.1 数据类型概述

3.2.2 数据类型的基本使用

3.2.3 运算符

3.2.4 各个数据类型的构造函数

3.2.5 类型转换

3.2.6 存储限定符

3.2.7 插值限定符

3.2.8 一致块

3.2.9 layout限定符

3.2.10 流程控制

3.2.11 函数的声明和使用

3.2.12 片元着色器中浮点及整型变量精度的指定

3.2.13 程序的基本结构

3.3 特殊的内建变量

3.3.1 顶点着色器中的内建变量

3.3.2 片元着色器中的内建变量

3.3.3 内建常量

3.4 着色语言的内置函数

3.4.1 角度转换与三角函数

3.4.2 指数函数

3.4.3 常见函数

3.4.4 几何函数

3.4.5 矩阵函数

3.4.6 向量关系函数

3.4.7 纹理采样函数

3.4.8 微分函数

3.4.9 浮点数打包与解包函数

3.5 用invariant修饰符避免值变问题

3.6 预处理器

3.7 本章小结

第4章 投影与各种变换

4.1 矩阵相关类的介绍

4.1.1 矩阵数学计算类——Matrix

4.1.2 矩阵状态管理类——MatrixState3D

4.2 摄像机的设置

4.3 两种投影方式

4.3.1 正交投影

4.3.2 透视投影

4.3.3 推送常量

4.4 各种变换

4.4.1 基本变换的相关数学知识

4.4.2 平移变换

4.4.3 旋转变换

4.4.4 缩放变换

4.4.5 基本变换的实质

4.5 所有变换的完整流程

4.6 绘制方式

4.6.1 各种绘制方式概览

4.6.2 点与线段绘制方式

4.6.3 三角形条带与扇面绘制方式

4.6.4 索引法绘制

4.7 设置合理的视角

4.8 设置合理的投影参数

4.9 深度偏移

4.10 卷绕和背面剪裁

4.10.1 基本知识

4.10.2 一个简单的案例

4.11 间接绘制

4.11.1 背景知识

4.11.2 顶点法间接绘制

4.11.3 索引法间接绘制

4.12 本章小结

第5章 光照

5.1 曲面物体的构建

5.1.1 球体构建的基本原理

5.1.2 案例效果概览

5.1.3 开发步骤

5.2 基本光照效果

5.2.1 光照的基本模型

5.2.2 环境光

5.2.3 散射光

5.2.4 镜面光

5.2.5 3种光照通道的合成

5.3 定位光与定向光

5.4 点法向量和面法向量

5.5 光照的每顶点计算与每片元计算

5.6 本章小结

第6章 纹理映射

6.1 初识纹理映射

6.2 一个简单的案例

6.2.1 开发前的准备工作

6.2.2 纹理相关类

6.2.3 案例代码的开发

6.2.4 图像的瓦片组织方式

6.2.5 色彩通道的灵活组合

6.3 纹理拉伸

6.3.1 四种拉伸方式概览

6.3.2 不同拉伸方式的案例

6.4 纹理采样

6.4.1 纹理采样概述

6.4.2 最近点采样

6.4.3 线性纹理采样

6.4.4 MIN与MAG采样

6.4.5 不同纹理采样方式的案例

6.5 Mipmap纹理

6.5.1 基本原理

6.5.2 一个简单的案例

6.6 多重纹理与过程纹理

6.6.1 案例概览

6.6.2 将2D纹理映射到球面上的策略

6.6.3 案例的场景结构

6.6.4 开发过程

6.7 压缩纹理的使用

6.7.1 Android平台下的压缩纹理

6.7.2 PC中Windows平台下的压缩纹理

6.8 点精灵

6.8.1 基本知识

6.8.2 一个简单的案例

6.9 3D纹理

6.9.1 3D棋盘纹理的准备

6.9.2 3D棋盘纹理案例的开发

6.10 2D纹理数组

6.10.1 2D纹理数组的准备

6.10.2 2D纹理数组案例的开发

6.11 各向异性过滤

6.11.1 背景知识

6.11.2 一个简单的案例

6.12 本章小结

第7章 更逼真的场景——3D模型的加载

7.1 obj模型文件概述

7.1.1 obj文件的格式

7.1.2 用3ds Max设计3D模型

7.2 加载obj文件

7.2.1 加载仅有顶点坐标数据与面数据的obj文件

7.2.2 加载后自动计算面法向量

7.2.3 加载后自动计算平均法向量

7.2.4 加载纹理坐标

7.2.5 加载顶点法向量

7.3 双面光照

7.4 本章小结

第8章 独特的场景渲染技术——混合与雾

8.1 混合技术

8.1.1 基本知识

8.1.2 源因子和目标因子

8.1.3 简单混合效果的案例

8.2 地月系云层效果的实现

8.3 雾

8.3.1 雾的原理与优势

8.3.2 雾的简单实现

8.4 本章小结

第9章 常用3D开发小技巧

9.1 标志板

9.1.1 案例效果与基本原理

9.1.2 开发步骤

9.2 灰度图地形

9.2.1 基本原理

9.2.2 开发前的准备工作

9.2.3 普通灰度图地形

9.2.4 过程纹理地形

9.2.5 Mipmap地形

9.2.6 顶点着色器采样纹理地形

9.3 高真实感地形

9.3.1 基本思路

9.3.2 地形设计工具EarthSculptor的使用

9.3.3 一个简单的案例

9.4 天空盒与天空穹

9.4.1 天空盒

9.4.2 天空穹

9.4.3 天空盒与天空穹的使用技巧

9.5 简单镜像效果

9.5.1 基本原理

9.5.2 基本效果案例

9.5.3 升级效果案例

9.6 非真实感绘制

9.6.1 基本原理与案例效果

9.6.2 具体开发步骤

9.7 描边效果的实现

9.7.1 沿法线挤出轮廓

9.7.2 视空间中挤出

9.8 本章小结

第10章 两种测试及片元丢弃

10.1 剪裁测试

10.1.1 基本原理与核心代码

10.1.2 一个简单的案例

10.2 模板测试

10.2.1 基本原理

10.2.2 一个简单的案例

10.3 片元丢弃操作

10.4 任意剪裁平面

10.4.1 基本原理

10.4.2 茶壶被任意平面剪裁的案例

10.5 本章小结

第11章 顶点着色器的妙用

11.1 飘扬的旗帜

11.1.1 基本原理

11.1.2 开发步骤

11.2 扭动的软糖

11.2.1 基本原理

11.2.2 开发步骤

11.3 风吹椰林场景的开发

11.3.1 椰子树随风摇摆的基本原理

11.3.2 开发步骤

11.4 展翅飞翔的雄鹰

11.4.1 基本原理

11.4.2 开发步骤

11.5 二维扭曲

11.5.1 基本原理

11.5.2 开发步骤

11.6 吹气膨胀特效

11.6.1 基本原理

11.6.2 开发步骤

11.7 本章小结

第12章 片元着色器的妙用

12.1 程序纹理技术

12.1.1 砖块着色器

12.1.2 沙滩球着色器

12.2 数字图像处理

12.2.1 卷积的基本知识

12.2.2 平滑过滤

12.2.3 边缘检测

12.2.4 锐化处理

12.2.5 浮雕效果

12.2.6 图像渐变

12.2.7 卡通渲染

12.3 分形着色器

12.3.1 曼德布罗集简介

12.3.2 曼德布罗集着色器的实现

12.3.3 将曼德布罗集纹理应用到实际物体上

12.3.4 茱莉亚集着色器的实现

12.4 3D纹理的妙用

12.4.1 噪声函数的基础知识

12.4.2 柏林噪声生成工具

12.4.3 3D噪声木纹理茶壶的开发

12.5 体积雾

12.5.1 基本原理

12.5.2 开发步骤

12.6 粒子系统火焰的开发

12.6.1 火焰的基本原理

12.6.2 普通版火焰

12.6.3 点精灵版火焰

12.7 本章小结

第13章 真实光学环境的模拟

13.1 反射环境模拟

13.1.1 案例效果与基本原理

13.1.2 开发前的准备工作

13.1.3 开发步骤

13.2 折射环境模拟

13.2.1 案例效果与基本原理

13.2.2 开发步骤

13.3 色散效果模拟

13.3.1 案例效果与基本原理

13.3.2 开发步骤

13.4 菲涅尔效果的模拟

13.4.1 案例效果与基本原理

13.4.2 开发步骤

13.5 凹凸映射

13.5.1 案例效果与基本原理

13.5.2 法向量纹理图的生成

13.5.3 切向量的计算

13.5.4 案例的开发

13.6 镜头光晕

13.6.1 案例效果与基本原理

13.6.2 镜头光晕案例

13.7 投影贴图

13.7.1 案例效果与基本原理

13.7.2 开发步骤

13.8 绘制到纹理

13.8.1 案例效果与基本原理

13.8.2 开发步骤

13.9 高级镜像

13.9.1 案例效果与基本原理

13.9.2 开发步骤

13.10 高真实感水面倒影

13.10.1 案例效果与基本原理

13.10.2 开发步骤

13.11 本章小结

第14章 阴影及高级光照

14.1 多重渲染目标

14.1.1 基本知识

14.1.2 一个简单的案例

14.2 阴影的重要性

14.3 平面阴影

14.3.1 案例效果与基本原理

14.3.2 开发步骤

14.4 阴影映射

14.4.1 案例效果与基本原理

14.4.2 距离纹理的生成

14.4.3 阴影场景的绘制

14.5 阴影贴图

14.5.1 案例效果与基本原理

14.5.2 开发步骤

14.6 静态光照贴图

14.6.1 案例效果与基本原理

14.6.2 使用3ds Max制作静态光照贴图

14.6.3 案例的开发

14.7 聚光灯高级光源

14.7.1 第一种实现的案例效果与基本原理

14.7.2 第一种实现案例的开发步骤

14.7.3 第二种实现的案例效果与基本原理

14.7.4 第二种实现案例的开发步骤

14.8 延迟渲染

14.8.1 案例效果与基本原理

14.8.2 开发步骤

14.9 环境光遮挡

14.9.1 基本原理

14.9.2 一个简单的案例

14.9.3 效率的提升

14.9.4 平滑处理

14.10 本章小结

第15章 几种高级着色器特效

15.1 运动模糊

15.1.1 普通运动模糊

15.1.2 高级运动模糊

15.2 遮挡透视效果

15.2.1 案例效果与基本原理

15.2.2 开发步骤

15.3 积雪效果

15.3.1 案例效果与基本原理

15.3.2 开发步骤

15.4 背景虚化

15.4.1 案例效果与基本原理

15.4.2 开发步骤

15.5 泛光效果

15.5.1 案例效果与基本原理

15.5.2 开发步骤

15.6 色调映射

15.6.1 案例效果与背景知识

15.6.2 开发步骤

15.7 体绘制

15.7.1 案例效果与基本原理

15.7.2 开发步骤

15.8 本章小结

第16章 骨骼动画

16.1 开发骨骼动画

16.1.1 骨骼动画的基本原理

16.1.2 开发步骤

16.1.3 机器人模型在地面上运动时的问题

16.2 ms3d骨骼动画文件的加载

16.2.1 ms3d文件的格式

16.2.2 将3ds Max动画文件转换为ms3d文件

16.2.3 加载ms3d文件案例的开发

16.3 自定义格式骨骼动画的加载

16.3.1 bnggdh文件的格式

16.3.2 Bnggdh类

16.3.3 加载bnggdh文件的案例

16.4 本章小结

第17章 让应用运行得更流畅——性能优化

17.1 着色器的优化

17.1.1 计算量及计算频率的相关问题

17.1.2 其他需要注意的问题

17.2 纹理图的优化

17.3 3D图形绘制的优化

17.3.1 CPU阶段的优化

17.3.2 几何阶段的优化

17.3.3 光栅化阶段的优化

17.4 图元重启

17.4.1 基本原理

17.4.2 一个简单的案例

17.5 几何体实例渲染

17.5.1 基本原理

17.5.2 基于实例渲染的土星光环案例

17.6 视锥体剪裁

17.6.1 AABB包围盒的基本原理

17.6.2 AABB包围盒的计算

17.6.3 视锥体剪裁的基本思路及实现策略

17.6.4 一个简单的案例

17.7 遮挡查询

17.7.1 相关方法

17.7.2 基本原理和实现策略

17.7.3 一个简单的案例

17.8 计算着色器的使用

17.8.1 基础知识

17.8.2 动态法向量光照水面案例

17.9 多线程并发渲染

17.9.1 基本原理

17.9.2 飞船案例的开发

17.10 多子通道渲染

17.10.1 基本原理

17.10.2 一个简单的案例

17.11 细节级别LOD

17.12 本章小结

第18章 杂项

18.1 四元数旋转

18.1.1 基本原理与案例效果

18.1.2 开发步骤

18.2 3D拾取技术

18.2.1 案例效果与基本原理

18.2.2 开发步骤

18.3 多重采样抗锯齿

18.3.1 基本知识与案例效果

18.3.2 一个简单的案例

18.4 保存屏幕截图

18.5 Windows系统窗口缩放

18.6 曲面细分着色器

18.6.1 基本知识

18.6.2 一个简单的案例

18.7 几何着色器

18.8 macOS、iOS与Linux平台下Vulkan应用的开发

18.8.1 macOS与iOS平台下Vulkan应用程序的开发

18.8.2 Linux平台下Vulkan图形应用程序的开发

18.9 本章小结

第19章 基于Vulkan的3D休闲游戏——方块历险记

19.1 游戏背景及功能概述

19.1.1 游戏开发背景概述

19.1.2 游戏功能简介

19.2 游戏的策划及准备工作

19.2.1 游戏的策划

19.2.2 游戏的开发准备工作

19.3 游戏的架构

19.3.1 各类的简要介绍

19.3.2 游戏框架简介

19.4 布景相关类

19.4.1 3D布景类——My3Dlayer

19.4.2 总绘制类——MyDraw

19.4.3 摄像机管理类——CameraUtil

19.4.4 3D物体创建类——Square3D

19.5 机关与方块相关类

19.5.1 方块管理类——ZFTManager

19.5.2 地刺机关管理类——DiCiBox

19.5.3 掉落块机关管理类——DiaoLuoManager

19.6 游戏入口及辅助工具类

19.6.1 游戏入口类——main

19.6.2 触控监听类——Touch2D

19.7 着色器的开发

19.8 游戏的优化及改进

书中部分案例效果图