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游戏引擎 浅入浅出
Introduction
Introduction
前言
前言
1. 游戏引擎框架介绍
1. 游戏引擎框架介绍
1.1 Unity的组成
1.2 游戏引擎组成
2. Opengl开发环境搭建
2. Opengl开发环境搭建
2.1 Opengl到底是什么
2.2 搭建Opengl开发环境
2.3 使用VisualStudio开发
3. 绘制多边形
3. 绘制多边形
3.1 画个三角形
3.2 画个正方形
3.3 画个立方体
4. 着色器
4. 着色器
4.1 Unity Shader和OpenGL Shader
4.2 顶点着色器
4.3 片段着色器
5. 绘制贴图
5. 绘制贴图
5.1 颜色和贴图
5.2 贴图文件介绍
5.3 CPU与GPU的通信方式
5.4 使用stb_image解析图片
5.5 绘制带贴图的立方体盒子
5.6 压缩纹理
5.7 图片压缩工具
5.8 使用压缩纹理
5.9 DXT压缩纹理扩展
6. 索引与缓冲区对象
6. 索引与缓冲区对象
6.1 顶点索引
6.2 缓冲区对象
6.3 OpenGL Core Profile
6.4 顶点数组对象
7. 绘制Mesh和材质
7. 绘制Mesh和材质
7.1 导出Mesh文件
7.2 使用Mesh文件
7.3 Shader文件创建与使用
7.4 创建材质
7.5 使用材质
7.6 MeshRenderer
8. 绘制静态模型
8. 绘制静态模型
8.1 Blender安装与配置
8.2 Blender制作模型
8.3 Blender Python设置开发环境
8.4 Blender Python创建物体
8.5 Blender Python导出顶点数据
8.6 加载导出的Mesh
9. 基于组件开发
9. 基于组件开发
9.1 基于RTTR实现反射
9.2 实现GameObject-Component
10. 相机
10. 相机
10.1 最简单的相机
10.2 多相机渲染
10.3 相机排序
10.4 CullingMask
11. 控制系统
11. 控制系统
11.1 键盘控制
11.2 鼠标控制
12. 拆分引擎和项目
12. 拆分引擎和项目
13. 绘制文字
13. 绘制文字
13.1 TrueType简介
13.2 绘制单个字符
13.3 绘制多个文字
13.4 彩色字
14. GUI
14. GUI
14.1 正交相机
14.2 UIImage
14.3 UIMask
14.4 UIText
14.5 UIButton
15. 播放音效
15. 播放音效
15.1 播放2D音效
15.2 播放3D音效
15.3 使用FMOD Studio音频引擎
16. Profiler
16. Profiler
16.1 初识easy_profiler
16.2 集成easy_profiler
17. 嵌入Lua
17. 嵌入Lua
17.1 Sol2与C++交互
17.2 更加友好的Lua框架设计
17.3 引擎集成sol2
17.4 调试Lua
18. 骨骼动画
18. 骨骼动画
18.1 Blender制作骨骼动画
18.2 Blender导出骨骼动画
18.3 解析骨骼动画
18.4 矩阵的主序
19. 骨骼蒙皮动画
19. 骨骼蒙皮动画
19.1 骨骼蒙皮动画实现
19.2 骨骼权重
19.3 Blender蒙皮刷权重
19.4 Blender导出蒙皮权重
19.5 加载权重文件
20. 解析FBX文件
20. 解析FBX文件
20.1 导出Mesh
20.2 导出骨骼动画
20.3 导出权重
20.4 渲染骨骼蒙皮动画
21. 多线程渲染
21. 多线程渲染
21.1 GLFW多线程渲染
21.2 基于任务队列的多线程渲染
21.3 完全异步的多线程模型
21.4 引擎支持多线程渲染
22. Physx物理引擎
22. Physx物理引擎
22.1 Physx实例-小球掉落
22.2 物理材质
22.3 碰撞检测
22.4 连续碰撞检测
22.5 场景查询
22.6 引擎集成Physx
23. 经典光照
23. 经典光照
23.1 环境光
23.2 漫反射光照模型
23.3 镜面高光光照模型
23.4 高光贴图
23.5 Shader结构体
23.6 Uniform Buffer Object
23.7 方向光
23.8 点光源
23.9 多光源
24. 引擎编辑器的实现
24. 引擎编辑器的实现
24.1 分析Godot引擎编辑器
24.2 FBO RenderTexture GameTurbo DLSS
24.3 ImGui介绍与使用
24.4 分离引擎核心层和应用层
24.5 使用ImGui实现引擎编辑器
24.6 Hierarchy与Inspector面板
25. Shadow Mapping
25. Shadow Mapping
25.1 深度图
25.2 简单阴影
88. VSCode扩展开发与定制
88. VSCode扩展开发与定制
88.1 第一个VSCode扩展程序
88.2 从源码编译VSCode
88.3 打包VSCode内置扩展
88.4 打包LuaHelper到Code-OSS
89. Doxygen生成API文档
89. Doxygen生成API文档
90. GPU分析工具
90. GPU分析工具
90.1 RenderDoc分析不显示bug
98. SubstancePainter插件开发
98. SubstancePainter插件开发
98.1 SP插件开发环境
98.2 开发SP功能性插件
98.3 开发SP渲染插件
99. Toolbag插件开发
99. Toolbag插件开发
99.1 插件开发环境
99.2 API介绍
99.3 命令行调用Toolbag
99.4 更多实现
99.5 代码参考
附录1. Wwise音频引擎
附录1. Wwise音频引擎
1.1 Wwise名词概念
1.2 Wwise制作音效导出SoundBank
1.3 集成Wwise
1.4 封装Wwise播放3D音效
1.5 Wwise性能分析器介绍
1.6 猎人开发后记
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<< 5.7 图片压缩工具
5.9 DXT压缩纹理扩展 >>
## 5.8 使用压缩纹理 ```text 「游戏引擎 浅入浅出」是一本开源电子书,PDF/随书代码/资源下载: https://github.com/ThisisGame/cpp-game-engine-book ``` ```bash CLion项目文件位于 samples\texture\draw_cube_compress_texture ``` 前面了解了压缩纹理的优势,以及制作了纹理压缩的工具,这一节就加载 压缩纹理文件 `urban_compress_auto_format.cpt`进行渲染。 <font color=red>注意:上一节的压缩图片工具,由于每台电脑显卡不同,所以生成的`.cpt`格式会不一样,如果本节的实例运行后图片黑色,那么要在自己电脑上再生成一次`.cpt`。</font> ### 1. 加载cpt文件 之前项目中使用的是`.jpg`图片,`.jpg`图片并不是GPU支持的格式,需要借助`stb_image`这个库,在CPU中进行解析得到RGB数据,再上传到GPU。 本节要使用的`.cpt`文件,数据是从GPU下载保存的,是GPU支持的格式,所以就不需要再使用`stb_image`了,原来的加载流程也需要修改。 修改`Texture2D::LoadFromFile`,使用 C++ 标准库读取`.cpt`文件: ```c++ Texture2D* Texture2D::LoadFromFile(std::string& image_file_path) { Texture2D* texture2d=new Texture2D(); StopWatch stopwatch; stopwatch.start(); //读取 cpt 压缩纹理文件 ifstream input_file_stream(image_file_path,ios::in | ios::binary); TpcFileHead tcp_file_head; input_file_stream.read((char*)&tcp_file_head,sizeof(TpcFileHead)); unsigned char* data =(unsigned char*)malloc(tcp_file_head.compress_size_); input_file_stream.read((char*)data,tcp_file_head.compress_size_); input_file_stream.close(); stopwatch.stop(); std::int64_t decompress_jpg_cost = stopwatch.milliseconds(); texture2d->gl_texture_format_=tcp_file_head.gl_texture_format_; texture2d->width_=tcp_file_head.width_; texture2d->height_=tcp_file_head.height_; delete (data); return texture2d; } ``` 在`main.cpp` 修改读取文件为`urban_compress_auto_format.cpt`: ```c++ int main(void) { init_opengl(); CreateTexture("../data/images/urban_compress_auto_format.cpt"); ...... } ``` 调试查看数据:  正常读取到cpt文件头信息,而且解析cpt文件耗时仅6ms! ### 2. 上传cpt压缩纹理数据并渲染 从cpt文件读取到文件头和压缩纹理数据之后,就可以上传到GPU进行渲染。<a id="antiCollectorAdTxt" href="https://github.com/ThisisGame/cpp-game-engine-book">「游戏引擎 浅入浅出」是一本开源电子书,PDF/随书代码/资源下载: https://github.com/ThisisGame/cpp-game-engine-book</a> ```c++ Texture2D* Texture2D::LoadFromFile(std::string& image_file_path) { ...... //1. 通知显卡创建纹理对象,返回句柄; glGenTextures(1, &(texture2d->gl_texture_id_)); //2. 将纹理绑定到特定纹理目标; glBindTexture(GL_TEXTURE_2D, texture2d->gl_texture_id_); stopwatch.restart(); { //3. 将压缩纹理数据上传到GPU; glCompressedTexImage2D(GL_TEXTURE_2D, 0, texture2d->gl_texture_format_, texture2d->width_, texture2d->height_, 0, tcp_file_head.compress_size_, data); } stopwatch.stop(); std::int64_t upload_cpt_cost = stopwatch.milliseconds(); //4. 指定放大,缩小滤波方式,线性滤波,即放大缩小的插值方式; glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MAG_FILTER, GL_LINEAR); glTexParameteri(GL_TEXTURE_2D, GL_TEXTURE_MIN_FILTER, GL_LINEAR); delete (data); return texture2d; } ``` 和之前使用`.jpg`图片类似,唯一不同的是,这次我们上传的是压缩纹理数据,需要使用新的API:`glCompressedTexImage2D`,下面看介绍。 ```c++ /** * @brief 将压缩纹理数据上传到GPU; * @param target 目标纹理,GL_TEXTURE_2D(2D纹理) * @param level 当图片数据是包含多个mipmap层级时,指定使用mipmap层级。 * @param internalformat 上传的压缩纹理数据格式 * @param width * @param height * @param border * @param imageSize 上传的压缩纹理数据字节数 * @param data 上传的数据 * @return */ void glCompressedTexImage2D(GLenum target, GLint level, GLenum internalformat, GLsizei width, GLsizei height, GLint border, GLsizei imageSize, const void * data); ``` 需要注意 `internalformat`,一定要和图片压缩后OpenGL返回的压缩格式保持一致,不然会出现错误。 编译运行,正常渲染了立方体:  ### 3. 性能提升对比 断点调试查看耗时,如图:  与使用`.jpg`文件进行对比: | |解析耗时(ms) | 上传耗时(ms) | |:---|:---|:---| | jpg | 1571 |960| |cpt|4|16| 有很大的性能提升。 回顾一下,我们是先将`.jpg`图片,解析得到RGB数据,调用OpenGL API进行压缩上传至GPU,然后再从GPU下载压缩纹理数据,保存为`.cpt`文件。 这其实就是Unity导入图片的时候干的活,现在你知道为什么Unity导入图片那么慢了! ### 4.压缩发生在CPU还是GPU 一直以来,我都忽略了压缩和解压缩的效率区别,以至于想当然认为GPU既然解压快,那么压缩也快,那么应该是由GPU来压缩。 在请教了公司大佬和外部大佬之后,认为要看驱动具体实现,暂定压缩发生在CPU,主要缘由有以下: 1. 大佬认为GPU并行压缩是近年来才出现的方式,而且纹理压缩效率其实很低,并行化也并没有很大的优势,具体可以参考大佬的的文章: [用GPU加速ASTC纹理压缩](https://km.woa.com/group/27968/articles/show/475325) 2. GPU实现压缩,会侵犯现有的压缩算法专利。 3. 压缩发生时,CPU使用率较高,GPU无变化。
<< 5.7 图片压缩工具
5.9 DXT压缩纹理扩展 >>
12
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1. 游戏引擎框架介绍
1. 游戏引擎框架介绍
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1.2 游戏引擎组成
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2.1 Opengl到底是什么
2.2 搭建Opengl开发环境
2.3 使用VisualStudio开发
3. 绘制多边形
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3.1 画个三角形
3.2 画个正方形
3.3 画个立方体
4. 着色器
4. 着色器
4.1 Unity Shader和OpenGL Shader
4.2 顶点着色器
4.3 片段着色器
5. 绘制贴图
5. 绘制贴图
5.1 颜色和贴图
5.2 贴图文件介绍
5.3 CPU与GPU的通信方式
5.4 使用stb_image解析图片
5.5 绘制带贴图的立方体盒子
5.6 压缩纹理
5.7 图片压缩工具
5.8 使用压缩纹理
5.9 DXT压缩纹理扩展
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6. 索引与缓冲区对象
6.1 顶点索引
6.2 缓冲区对象
6.3 OpenGL Core Profile
6.4 顶点数组对象
7. 绘制Mesh和材质
7. 绘制Mesh和材质
7.1 导出Mesh文件
7.2 使用Mesh文件
7.3 Shader文件创建与使用
7.4 创建材质
7.5 使用材质
7.6 MeshRenderer
8. 绘制静态模型
8. 绘制静态模型
8.1 Blender安装与配置
8.2 Blender制作模型
8.3 Blender Python设置开发环境
8.4 Blender Python创建物体
8.5 Blender Python导出顶点数据
8.6 加载导出的Mesh
9. 基于组件开发
9. 基于组件开发
9.1 基于RTTR实现反射
9.2 实现GameObject-Component
10. 相机
10. 相机
10.1 最简单的相机
10.2 多相机渲染
10.3 相机排序
10.4 CullingMask
11. 控制系统
11. 控制系统
11.1 键盘控制
11.2 鼠标控制
12. 拆分引擎和项目
12. 拆分引擎和项目
13. 绘制文字
13. 绘制文字
13.1 TrueType简介
13.2 绘制单个字符
13.3 绘制多个文字
13.4 彩色字
14. GUI
14. GUI
14.1 正交相机
14.2 UIImage
14.3 UIMask
14.4 UIText
14.5 UIButton
15. 播放音效
15. 播放音效
15.1 播放2D音效
15.2 播放3D音效
15.3 使用FMOD Studio音频引擎
16. Profiler
16. Profiler
16.1 初识easy_profiler
16.2 集成easy_profiler
17. 嵌入Lua
17. 嵌入Lua
17.1 Sol2与C++交互
17.2 更加友好的Lua框架设计
17.3 引擎集成sol2
17.4 调试Lua
18. 骨骼动画
18. 骨骼动画
18.1 Blender制作骨骼动画
18.2 Blender导出骨骼动画
18.3 解析骨骼动画
18.4 矩阵的主序
19. 骨骼蒙皮动画
19. 骨骼蒙皮动画
19.1 骨骼蒙皮动画实现
19.2 骨骼权重
19.3 Blender蒙皮刷权重
19.4 Blender导出蒙皮权重
19.5 加载权重文件
20. 解析FBX文件
20. 解析FBX文件
20.1 导出Mesh
20.2 导出骨骼动画
20.3 导出权重
20.4 渲染骨骼蒙皮动画
21. 多线程渲染
21. 多线程渲染
21.1 GLFW多线程渲染
21.2 基于任务队列的多线程渲染
21.3 完全异步的多线程模型
21.4 引擎支持多线程渲染
22. Physx物理引擎
22. Physx物理引擎
22.1 Physx实例-小球掉落
22.2 物理材质
22.3 碰撞检测
22.4 连续碰撞检测
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22.6 引擎集成Physx
23. 经典光照
23. 经典光照
23.1 环境光
23.2 漫反射光照模型
23.3 镜面高光光照模型
23.4 高光贴图
23.5 Shader结构体
23.6 Uniform Buffer Object
23.7 方向光
23.8 点光源
23.9 多光源
24. 引擎编辑器的实现
24. 引擎编辑器的实现
24.1 分析Godot引擎编辑器
24.2 FBO RenderTexture GameTurbo DLSS
24.3 ImGui介绍与使用
24.4 分离引擎核心层和应用层
24.5 使用ImGui实现引擎编辑器
24.6 Hierarchy与Inspector面板
25. Shadow Mapping
25. Shadow Mapping
25.1 深度图
25.2 简单阴影
88. VSCode扩展开发与定制
88. VSCode扩展开发与定制
88.1 第一个VSCode扩展程序
88.2 从源码编译VSCode
88.3 打包VSCode内置扩展
88.4 打包LuaHelper到Code-OSS
89. Doxygen生成API文档
89. Doxygen生成API文档
90. GPU分析工具
90. GPU分析工具
90.1 RenderDoc分析不显示bug
98. SubstancePainter插件开发
98. SubstancePainter插件开发
98.1 SP插件开发环境
98.2 开发SP功能性插件
98.3 开发SP渲染插件
99. Toolbag插件开发
99. Toolbag插件开发
99.1 插件开发环境
99.2 API介绍
99.3 命令行调用Toolbag
99.4 更多实现
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附录1. Wwise音频引擎
附录1. Wwise音频引擎
1.1 Wwise名词概念
1.2 Wwise制作音效导出SoundBank
1.3 集成Wwise
1.4 封装Wwise播放3D音效
1.5 Wwise性能分析器介绍
1.6 猎人开发后记