一、本课题国内外状况，说明选题依据和意义

3D游戏引擎的发展已有二十多年，刚开始主要集中在几个大公司，如3D Realms、id software，Valve等大公司，这些大公司本身就具有很大高端人才，所以它们研究开发的游戏引擎，如Quake系列和Unreal系列等都具有非常强大的功能和稳定高效性。但这些年市场上也涌现了很多的引擎，可能存活下来的却不多，它们不像那些大公司有着强大的财力和高端的技术人员作为支持，自身引擎的缺陷等。发展到现在，无论是硬件还是软件技术，3D效果都已经得到了很好的实现，可以满足大部分的3D效果，这些效果相对于几年前也有很大的进步，经过这么多年的淘汰、发展，现今市场上已有很多强大的、高性能的被广泛使用的3D游戏引擎，有商业付费的Unreal系列,Gamebryo，BigWorld，也有开源免费Orge,Unity,NeoEngine，魔兽世界就是基于BigWorld引擎写的，Unreal系列也被国内外很多游戏公司所使用，而2004年出现的Unity以及发展到现在的4.0版，其可用于多个平台，包含IPhone、android等用于手机平台的版本，可用于快速开发手机3D游戏，因为近年智能手机、平板发展的很快，很多3D游戏也都可以很好的运行在这些平台上面。这些都是经过了市场的考验生存下来的。但这些都是国外的。国外起步早，这些年相关专业的技术也发展的很成熟、高效。尤其是近年开源软件获得绝大多数开发人员的欢迎，以Orge这类的开源引擎的水平也能在这些开发人员的使用下进步。开发人员也能基于此类引擎开发出更好的不逊于知名商业引擎的引擎产品。这些都使国外的这些开源引擎更加完善。

而国内由于发展的较迟和其他因素，至今也没有一款能在世界范围上的知名3D游戏引擎。除了国外强大引擎的霸主地位之外，国内的3D游戏引擎研发人员不多而且自主开发一款3D游戏引擎需要的前期投入费用很高，大多数中小型游戏开发商都无法承受这一笔投入，所以很多国内游戏公司都购买国外的成熟的引擎，但这些引擎也是需要授权费用，虽然这一笔费用远少于自主开发的投入，当然很多游戏公司也可采用开源的引擎，但国内模仿游戏太多了，就如盗版软件在国内的情况一样，这样的氛围下，缺少自主研发的能力也就不以为常。上面这些都是影响因素。当然在这种环境还是有不少国人奋发自强，近年还是有一些在进行3D游戏引擎的研发也作出了一些成果，这些团队多数有着很雄厚的财力背景，比如完美时空自主研发的Element3D引擎，再如Quantumas引擎是一个个人制作的引擎其实现的效果在某些方面超过了Unreal 3，这说明国内并不缺少这方面的人才，但为什么还是缺少自主研发的知名的世界级的3D引擎，这还有很多的其他因素。中国的市场如此大，为了国内3D游戏产业的发展也是需要自主研发的，这些都说明自主研发高效的3D引擎对国内的3D游戏市场的发展具有非常重要的意义。

二、研究的基本内容，你解决的主要问题（阐述的主要观点）

游戏引擎是指一些为开发游戏系统而编写应用程序的核心组件，引擎是游戏中的核心部分，是游戏的框架，引擎设计开发好后，关卡设计师、建模师、动画师只要往里填充内容就可以构建出不同的游戏来。游戏引擎为游戏设计者提供各种编写游戏所需的各种工具，其目的在于让游戏设计者能容易和快速地做出游戏程序而不用从零开始。游戏引擎一般包含以下系统：渲染引擎（即“渲染器”，含二维图像引擎和三维图像引擎）、物理引擎、碰撞检测系统、音效、脚本引擎、电脑动画、人工智能、网络引擎以及场景管理。游戏引擎的开发技术含量高（涉及到计算机、物理、数学等知识）、工作量大、开发周期长，目前国内开发的成功用于商业的3D游戏引擎基本上没有。本课题要研究的是3D线框游戏引擎的基本组成与实现方法，设计与实现一个简单的3D线框引擎，游戏设计者使用此引擎开发游戏时可减少工作量。简单意味着很多模块并不会实现，主要是展示其实现的过程。

三、研究（工作）步骤、方法及措施（思路）/论文主体纲要

查询相关文献以获知如何设计一个3D引擎，以及其大概的组成模块，分析其中需要的模块，在其中找出率先需要的相关重要模块，在此基础上需要设计一个矩阵库4x4以内的模板类、二维与三维向量类以及需要的数学几何模型比如二维直线、三维平面类等等，在完成这些数学几何方面的基础功能之后。本人选择了DirectX来搭建一个windows程序运行的基本框架，用于方便实现一个windows窗口，以及实现渲染相关的类，用于简化渲染的调用。重点是渲染的各清晰的部分，在渲染之前要确定引擎中几何结构和一些物体，比如相机，的数据结构定义。至此即可编写可视的测试程序(一个windows窗口程序)。之后将额外添加着色相关的部分。每一部分都将测试以保证使用时的正确性，测试基于人为自定义，因此将多费时间尽量保证正确。在以上这些主要的内容完成之后，将视情况加入一些简易的光照模型，常用的着色算法来实现表面的真实效果，纹理贴图，3D裁剪，空间划分，高级动画建模，最后将用SIMD优化部分代码，而论文中将写入渲染过程的如何实现的细节以及涉及到的数学变换，当然还有能加入内容的原理与作用，简单介绍国内外更有效率的实现方法。从可编写可视的测试程序起，每次程序功能的迭进都将编写可视测试程序来覆盖完成的新功能以表现新功能的效果和可行性。

所以需要一个数学模块来包含矩阵、向量、几何数据结构，一个3D渲染模块来包含渲染方面的内容，一个DirectX程序框架来包含建立程序的内容，一个测试模块用于测试功能的正确性。输入模块使用包装过的DirectInput。其他的细节就需要在编写过程中视情况谨慎添入。

四、课题研究工作进度计划

五、主要参考文献

[1] 潘云鹤,董金祥，陈德人. 计算机图形学原理、方法及应用. -2版（修订版） 北京: 高等教育出版社, 2003.12  26~28

[2] (美) Fletcher Dunnlan Parberry 3D数学基础：图形与游戏开发 ，17 - 23 89~95

[3] (美)David F.Rogers著.石教英 彭群生等译.计算机图形学的算法基础 第二版 机械工业出版社 2202.1 131~238

[4] (美) Andre LaMothe 著 李祥瑞 陈武 译 3D编程大师技巧(下册) 人民邮电出版社 487~540

[5] (美)OpenGL体系评审委员会 Mason Woo Jackie Neider Tom Davis Dave Shreiner /著 吴斌 段海波 薛凤武 / 译 OpenGL 编程权威指南 第三版  中国电力出版社 2003.5 149~186

[6] 刘波 基于DirectX9的3D游戏引擎渲染系统的研究与实现 硕士论文 沈阳工业大学 11

[7] 王兰芳 殷路 结合层次遮挡图和图像缓存的快速消隐绘制算法 《电脑开发与应用》2009年08期

[8] 薛守良 苏鸿根 一种凹凸贴图新算法 《计算机应用与软件》2004年07期

[9] Fast Phong Shading - Bishop

[10] Paul Haeberli and Mark Segal , Texture Mapping as a Fundamental Drawing Primitive ,June 1993

[11] SAVEN 张利东 Shader Model 3.0深度分析 《微型计算机》2005年第23期 120-125

[12] 黄杨飞. 大场景3D游戏引擎技术研究与实现[J]. 浙江师范大学,2011

[13] 杨青, 杨磊. 3D游戏编程[M]. 北京:希望电脑出版社,2004

[14] 林巧民. 3D游戏开发中的碰撞检测算法研究[J]. 计算机技术与发展,2010,(05)

[15] 徐磊,范柳青. 浅析3D游戏引擎[J]. 电脑知识与技术,2011,(17)

[16] 徐磊,妙全兴,范柳青. 3D游戏引擎的技术基础[J]. 科技信息,2011,(29)

[17] 张哲源．基于双缓冲技术解决游戏开发中画面更新问题[J]．信息技术,2011,(08)

[18] 刘明星. 基于DirectX的游戏引擎设计与实现[D]. 华中科技大学,2010

[19] 黄杨飞. 大场景3D游戏引擎技术研究与实现[J]. 浙江师范大学,2011

[20] Luis Von Ahn. Labeling Images with a Computer Game [EB/OL]. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.58.4550, 2022-11-1

[21] David Pennock. Extracting Collective Probabilistic Forecasts from Web Games [EB/OL]. http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/summary?doi=10.1.1.28.5494, 2022-11-1

[22] 黎恬,费耀平. 基于设计模式的三维游戏引擎的分析与设计[J]. 计算机与现代化, 2009,(02)

六、指导教师审核意见

指导教师（签名）

年    月    日

七、院（系）毕业设计（论文）工作领导小组审核意见

1．通过    2．完善后通过    3. 未通过

负责人（签名）

年    月    日