實時相機處理技術

《實時相機處理技術》是2011年清華大學出版社出版的圖書，作者是MarkHaigh-Hutchinson。

基本介紹

• 書名：實時相機處理技術
• 作者：Mark Haigh-Hutchinson 
• ISBN：9787302273929
• 出版社：清華大學出版社

基本信息

原書名： Real-Time Cameras 原出版社： Morgan Kaufmann

上架時間：2012-1-9

出版日期：2011 年12月

開本：16開

頁碼：293

版次：1-1

所屬分類： 計算機

內容簡介

《實時相機處理技術》詳細闡述了與實時相機相關的高效解決方案及相應的數據結構和算法，主要包括遊戲概述、相機基礎知識、電影技術、相機設計、相機設計方案、相機腳本、位置和方向、漫遊和遮擋技術、移動和碰撞、相機數學知識以及相機實現方案等內容。此外，本書還提供了相應的算法、代碼以及偽代碼，以幫助讀者進一步理解相關方案的實現過程。

《實時相機處理技術》適合作為高等院校計算機及相關專業的教材和教學參考書，也可作為相關開發人員的自學教材和參考手冊。

作譯者

本書提供作譯者介紹

Mark Haigh-Hutchinson就職於Retro Studios Inc，該公司坐落於德克薩斯州首府奧斯汀。Mark H-H於1984年便從事視頻遊戲的設計和開發工作，而他對遊戲的痴迷則可追溯到1979年。Mark H-H曾參與了40多款視頻遊戲的開發工作，其飾演的角色也不一而同，包括程式設計師、設計人員以及項目負責人，其中，較為著名的作品包括星球大戰系列遊戲，即《星球大戰：俠盜中隊》、《星戰前傳1：極速飛車》、《星球大戰：帝國的陰影》以及《星球大戰：絕地大反攻》。除此之外，其他作品還包括《殭屍鄰居》、《薩姆和馬克斯：開始流浪》以及

目錄

《實時相機處理技術》

第1部分：核心概念

第1章 遊戲概述 3

實時應用程式 3

遊戲系統 3

遊戲的循環更新結構 4

輸入 6

對象的思考步驟 6

對象的移動 7

訊息機制 7

相機 8

相機後處理 8

渲染器 8

常見的性能問題 9

相機系統 9

控制操作 10

腳本設計 11

本章小結 12

第2章 相機基礎知識 13

真實的相機系統 13

.用途和屬性 14

電影投影 15

遊戲相機 15

基本技術 16

相機系統 17

遊戲相機 17

表現風格 17

相機行為 17

第一人稱相機和第三人稱相機 17

電影相機和互動式相機 18

觀察位置 18

期望位置 18

方向 18

偏航角 19

仰角 19

旋轉角 19

期望方向 19

旋轉操作 19

視見體 19

視口 19

視域 20

寬高比 20

刷新率和幀速率 21

安全區和安全幀 21

刷新率和運動模糊 22

顯示撕裂 23

玩家角色人物 23

目標對象 23

插值計算 23

投影 24

視差 24

相機轉換 24

相機約束條件 24

移動約束條件 25

方向約束條件 25

相機的表現風格 26

正交表現方式（2d） 26

透視表現方式（3d） 27

混合表現方式（2.5d） 28

相機行為 29

視頻相機 29

第一人稱/視點 30

第三人稱/分離視角 31

後定位 33

肩部定位 33

腳部可見 33

遠距離定位 34

角色相關 34

靜態相機 34

路徑定位 34

混合fp/tp相機 35

預視相機和反饋相機 36

預測人物的移動方式 37

預測相機的路徑 37

路徑搜尋方案 38

數據驅動與規劃方案 38

方向預測 38

視見生成 38

視錐體 40

視見轉換 40

投影轉換 41

玩家控制操作 41

本章小結 42

第3章 電影技術 43

術語 43

標準電影術語 44

移動拍攝 44

搖動鏡頭 44

鏡頭傾斜 45

跟蹤拍攝 45

景深 45

淡入/淡出效果 46

鏡頭眩光效果 46

旁跳鏡頭 46

插入鏡頭 46

跳接鏡頭 47

180°規則/動作作用線 47

鏡頭視點 47

升降鏡頭 47

特寫鏡頭 48

反轉鏡頭 48

30°規則 48

強迫透視 48

實時電影技術 48

電影 48

互動式電影技術 49

電影攝像機 50

攝像機的移動 50

攝像機的方向 51

動態生成畫面/回放攝像機 51

再現型攝像機/關鍵幀攝像機 52

腳本型攝像機 52

動態生成畫面 53

結束畫面 53

開始畫面 54

回放相機的效果 54

重定向 54

攝像機抖動效果 54

相機的搖動效果 55

視域/景深 55

腳本機制 55

剪輯操作 56

鏡頭選取 57

取景/合成操作 57

場景轉換 57

跳轉鏡頭 58

淡入/淡出轉換 58

圈入/圈出轉換 58

劃接 58

視口轉換 59

工具 59

本章小結 60

第2部分：設計原理

第4章 相機設計 63

互動式2d相機系統 63

期望特徵 64

確定視見內容 65

2d電影相機系統 66

互動式3d相機系統 67

透視投影 68

平行投影 68

3d電影視頻相機系統 70

2.5d相機系統 71

遊戲設備 71

寬高比 72

調整尺寸 72

鏡頭的搖動和掃描 72

拉伸效果 72

相機設計 72

遊戲以及技術需求 73

設計概覽 73

考察高層設計目標 73

評估玩家角色行為 74

確定場景環境範圍 74

定義基本的相機行為 74

特定區域範圍內的場景需求 74

相機系統的技術評估 75

遊戲設計原則 78

本章小結 80

第5章 相機設計方案 81

基於遊戲類型的相機設計方案 81

第一人稱射擊/冒險類遊戲 81

相機的定位方案 81

角色類/動作類冒險遊戲 84

3d平台 86

角色飾演類遊戲/線上多人遊戲 88

滾屏機制 88

競技類遊戲 89

單玩家競技類遊戲 90

雙人或4人競技類遊戲 90

團隊競技類遊戲 90

室內場地類遊戲 91

室外競技類遊戲 91

抽象功能 92

賽車類遊戲 92

地面（或表面）機動設備 93

即時戰略遊戲 93

飛行模擬 94

具有真實效果的飛行模型 94

非真實相機模型 95

人工水平儀 95

運動感 95

冒險類遊戲 95

拼圖類/party類/棋盤類遊戲 96

格鬥類遊戲/近戰遊戲 97

多玩家相機處理方案 98

單屏技術 99

分屏技術 100

全螢幕與分屏之間的轉換 101

分屏與全螢幕之間的轉換 101

本章小結 102

第6章 相機腳本 103

相機腳本概述 103

腳本類型 103

腳本語言 104

基於文本的腳本語言 104

通用程式語言 104

自定義腳本語言 105

有限狀態機 106

可視化腳本語言 107

腳本語言中的問題 108

事件訊息機制 108

混合腳本方案 110

腳本對象 110

對象關係 111

相機腳本機制 115

相機腳本方法 115

相機控制 116

第三人稱腳本機制 116

第一人稱腳本機制 116

非互動式電影腳本 118

經驗方法 118

本章小結 121

第3部分：相機工程

第7章 位置和方向 125

坐標方案 125

世界空間 125

相機（視見）空間 125

螢幕空間 126

局部（角色）空間 126

對象相關 126

期望位置 126

第一人稱相機定位方式 127

第三人稱相機定位方式 127

期望位置的確定方法 128

靜態相機 129

伺服/跟蹤操作 130

基於世界坐標系統的偏移量 130

基於世界坐標系統的角偏移量 131

基於世界對象 131

局部偏移量 132

局部角偏移量 132

相對於角色的偏移量 132

相對於角色的角偏移量 133

相對於對象的偏移量 133

路徑 134

路徑類型 135

線性類型 135

圓形/橢圓形/螺旋形路徑 135

樣條 136

方向 144

方向表現方法 145

歐拉角 146

轉換矩陣 146

軸角 146

四元數 147

期望方向的確定方案 147

固定方向 147

跟蹤目標對象或位置 148

視見偏移相對於角色的偏移量 148

鎖定視點位置 149

目標對象位置預測 149

對象取景 150

視見位置的確定方案 150

美學條件與遊戲體驗需求 150

回放相機 151

視域 151

角色的空閒狀態 151

自動方向操控 152

第一人稱相機與第三人稱相機之間的轉換 153

第三人稱相機與第一人稱相機之間的轉換 153

重定向方案 153

旋轉操作的套用 154

均勻角速度 154

加速和減速 154

角速度阻尼效果 154

全視角阻尼效果 154

降低突然轉向的發生幾率 155

第三人稱自由視角 158

玩家移動 158

自由視角定向方案 158

常見方向問題 159

萬向節死鎖 159

垂直轉向 159

傾斜操作 160

方向噪聲 160

快速方向變化 160

玩家角色的視錐體剪裁 161

本章小結 161

第8章 漫遊和遮擋技術 163

將相機視為ai遊戲對象 163

漫遊技術 164

動態漫遊技術 164

預定義漫遊技術 168

流場 171

影響力地圖 171

勢場 171

環境遮擋 172

如何看待環境遮擋問題 172

場景遮擋確定方案 173

光線投射技術 173

空間體投射 174

渲染技術 174

遮擋預測方案 175

預測視點位置 175

視線 175

處理視線問題 176

預測方案 176

圖形變化 176

獲取期望位置 177

瞬移/跳轉操作 177

保持控制方向 177

生成路徑 177

跟隨角色移動 178

凸起地形 178

迴避縱向柱狀體 179

預計算方案 179

防止丟失los 179

瞬間移動 180

淡化遮擋幾何體或對象 180

無須渲染遮擋幾何體或對象 180

渲染圖形元素且忽略遮擋現象 180

可見性預計算方案 180

安全檢測 181

安全檢測方案 182

本章小結 182

第9章 移動和碰撞 183

相機移動序列 183

人物移動 184

第一人稱相機 184

第三人稱相機 184

移動方案 186

瞬間移動 186

鎖定相機 186

比例控制器 187

物理模擬 188

彈性機制（彈簧） 189

pid控制器 189

圓周運動 190

插值計算 191

平滑效果和阻尼技術 192

阻尼技術 192

移動過濾器 193

移動約束條件 194

縱向移動約束條件 194

渲染幾何體的接近程度 195

距離約束條件 195

平面約束條件 196

表面約束條件 196

空間約束條件 196

玩家操控方式 197

相機位置的控制方案 197

觀察相機 198

相機移動確認方案 198

位置控制約束條件 199

相機位置控制方案 200

相機方向控制 201

第一人稱相機 201

第三人稱相機 201

相機的自動定位和定向方案 202

基於玩家控制器的反饋 202

基於遊戲體驗需求的反饋 203

調試相機的操控方式 203

相機碰撞 204

相機碰撞的重要性 204

碰撞檢測的必要性 205

碰撞確定方案 206

對象碰撞 206

環境碰撞 206

碰撞圖元 207

碰撞幾何體設計 207

避免緊湊型封閉空間 208

向相機提供足夠的空間 208

陡峭的階梯 208

突兀地形 208

低矮的天花板 208

入口 208

採用簡單的碰撞格線 209

針對相機的獨立碰撞格線 209

圓角對象 209

碰撞決定方案 209

保持靜止 209

部分移動 210

移動變換 210

鏡頭跳轉 210

禁用碰撞檢測 210

避免相機碰撞 211

玩家的未來位置 212

預測潛在碰撞 212

碰撞預測 213

對象排斥 213

朝向相機移動 214

第10章 相機數學知識 215

基礎相機數學 215

相機位置 215

相機方向 215

相機移動 216

渲染操作 216

通用相機數學 216

相機問題以及修正方案 216

常見數值技術 216

相機的視見位置 217

避免傾斜旋轉 217

降低突然轉向的發生幾率 218

世界空間與螢幕空間之間的轉換 218

四元數 221

指數曲線 222

比例曲線 222

球體線性插值計算 222

超越函式 223

分段樣條曲線 223

彈性機制（彈簧） 223

數字濾波器 224

低通濾波器 224

高通濾波器 225

帶通濾波器 225

有限脈衝反應濾波器 225

無限脈衝反應濾波器 226

樣條曲線 227

相機樣條套用 227

三次多項式 228

樣條類型 228

線性類型 229

分段式hermite曲線 229

catmull-rom樣條曲線 230

圓角catmull-rom樣條曲線 231

kochanek-bartels樣條曲線 232

bezier曲線 232

均勻三次b樣條 234

非均勻有理b樣條 234

連續性 235

樣條定義 235

樣條計算 235

控制點生成方式 236

參數化弧長 236

全部樣條長度 236

最近位置 236

樣條編輯 237

插值計算 237

插值的含義 238

相機屬性插值計算 238

位置插值計算 239

方向插值計算 239

方向插值特徵 241

側旋插值計算 242

fov插值計算 242

視口插值計算 243

玩家控制插值計算 243

第一人稱相機 244

第三人稱相機 244

插值選擇方案 245

線性插值 245

源值 245

目標值 246

插值算法 246

分段式插值 246

插值方案 247

線性時間插值 247

參數函式 248

球體線性插值計算 248

潛在插值問題 248

美學問題 248

數值問題 250

插值中斷 251

切換過程 251

切換過程中的位置數據 251

切換過程中的方向數據 252

相機數學問題 252

浮點精確度 252

使用epsilon值 252

編譯器偏差 253

硬體fpu偏差 253

向量標準化操作 253

矩陣累積浮點誤差 253

定期修複數值 253

第11章 相機實現方案 255

遊戲引擎體系結構 255

遊戲更新循環結構 255

遊戲系統管理器 256

時間間隔 257

輸入處理機制 257

相機系統體系結構 257

視口管理器 258

視口 259

視口切換 259

渲染管理器 260

相機管理器 260

相機更新循環結構 261

提示管理器 261

震動管理器 262

相機震動操作 262

隆聲/力反饋效果控制器 262

遊戲相機 263

繼承的相機行為 263

基於組件的相機行為 264

電影視頻相機 264

調試型相機 265

腳本機制實現方案 265

相機腳本對象 265

相機提示對象 265

觸發體 266

渲染/光照效果 266

訊息延遲 266

序列事件計時器 266

通用路徑 267

腳本邏輯排序 267

訊息機制 267

優先權 267

插值計算 268

性能問題 268

分攤機制 268

預處理機制 269

開發工具 269

場景編輯器 269

相機碰撞格線 270

相機調試技術 270

互動式調試技術 271

獨立型調試相機 271

控制遊戲刷新率 272

通用相機狀態 272

相機屬性的視覺表現 272

屬性滯後現象 273

移動約束條件 273

視線 273

基於行為的渲染操作 274

腳本調試 274

數據日誌 274

遊戲回放機制 275

本章小結 275

參考文獻 277

ai和漫遊技術 277

電影技術 277

相機設計 278

遊戲設計 278

圖形學和渲染技術 279

數學 279

其他資源 280

線上資源 280

附錄a 術語表 281

附錄b 輔助材料 291

視覺感知 291

移動敏感度 291

刷新敏感度 291

色彩敏感度 292

深度感 292