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第一部分：三维理论基础3

第1章“窥望”Android的三维物理世界3

1.1 Android操作系统简介3

1.1.1 Android的现状与未来4

1.1.2 Android的系统架构4

1.1.3 Android的应用程序架构5

1.2 Android的3D“硬”道理5

1.2.1 ARM Cortex-A8中流砥柱6

1.2.2 Tegra 2的强大动力6

1.2.3智能电视机与顶盒7

1.3三维图形系统在嵌入式设备的应用7

1.3.1电子游戏与动画特效8

1.3.2计算机辅助设计8

1.3.3图形用户界面9

1.3.4增强现实9

1.3.5地理信息系统10

1.3.6科学计算可视化10

1.4三维图形技术与游戏开发11

1.4.1三维游戏引擎简介11

1.4.2物理引擎简介12

1.5 Android应用开发准备13

1.5.1创建第一个Android应用程序13

1.5.2使用X86版本的Android调试程序14

1.5.3使用USB实体设备调试程序18

第2章 数学基础21

2.1向量基础21

2.1.1向量的模22

2.1.2向量的归一化22

2.1.3向量的加法与减法23

2.1.4向量的数乘23

2.1.5向量的内积与外积23

2.1.6代码实现24

2.2矩阵基础28

2.2.1矩阵加法与减法28

2.2.2矩阵数乘29

2.2.3矩阵乘法29

2.2.4单位矩阵29

2.3图形变换30

2.3.1平移变换31

2.3.2旋转变换32

2.3.3缩放变换33

2.3.4对称变换34

2.3.5错切变换35

2.4几何基础36

2.4.1两点间距离36

2.4.2点线距离36

2.4.3点在区域上的判定36

2.4.4抛物线37

2.4.5双曲线38

2.4.6正弦曲线和余弦曲线38

第3章 物理基础41

3.1常用物理量及单位41

3.2作用力41

3.2.1力场42

3.2.2摩擦力42

3.2.3浮力43

3.2.4流体阻力44

3.2.5力矩45

3.3牛顿运动定律46

3.3.1牛顿第一运动定律46

3.3.2牛顿第二运动定律46

3.3.3牛顿第三运动定律47

3.4胡克定律47

3.5功能原理48

3.6能量守恒定律48

3.7碰撞49

第二部分：深入探讨OpenGL ES52

第4章 初识OpenGL ES52

4.1 OpenGL简介52

4.2 OpenGL与OpenGL ES的区别54

4.3渲染流水线简介56

4.3.1图元处理57

4.3.2顶点缓冲对象57

4.3.3变换与光照57

4.3.4图元装配57

4.3.5光栅化58

4.3.6雾化处理58

4.3.7 Alpha测试58

4.3.8深度测试和模板测试59

4.3.9颜色缓冲混合59

4.3.10图像抖动59

4.4实例：初始化OpenGL ES60

第5章 几何图元的绘制66

5.1绘图基础66

5.1.1顶点绘制法绘制三角面67

5.1.2索引绘制法绘制三角面72

5.1.3更多的绘制模式77

5.2绘制立体图形79

5.2.1矩形平面79

5.2.2圆形平面86

5.2.3圆柱体90

5.2.4圆锥体93

5.2.5球体97

5.2.6圆环101

5.2.7抛物面105

5.2.8双曲面107

5.2.9立方体109

5.3层次建模115

5.4实例：机械臂动画的实现116

第6章 视觉基础122

6.1 OpenGL ES的坐标系122

6.2视口变换123

6.3投影变换124

6.3.1平行投影124

6.3.2透视投影125

6.4模型变换126

6.4.1平移127

6.4.2旋转127

6.4.3缩放127

6.5视图变换与摄像机128

6.6视觉合理化129

6.7自定义变换矩阵129

6.8深度测试130

6.9背面剔除131

6.10抗锯齿132

6.11实例：构建一个简单小场景133

第7章 纹理映射137

7.1纹理坐标137

7.2映射模式144

7.2.1重复144

7.2.2延伸145

7.2.3纹理映射模式实例145

7.3纹理过滤148

7.4混合149

7.4.1 混合因子150

7.4.2启用混合151

7.5实例：镭射闪灯效果154

7.6实例：带纹理的简单小场景159

第8章 光照与材质169

8.1光与颜色的感知169

8.1.1顶点法绘制颜色170

8.1.2索引法绘制颜色173

8.2 Phong光照模型176

8.2.1漫反射光177

8.2.2镜面反射光177

8.2.3环境反射光178

8.2.4 Phong模型的数学描述178

8.3光源的设置179

8.4顶点法线180

8.4.1面着色法向量181

8.4.2平滑着色法向量188

8.4.3球体的法向量192

8.5材质的设置194

8.6实例：带光照的简单小场景198

第9章 高级绘制技术与特效204

9.1二维精灵的绘制204

9.2文本绘制215

9.3旗帜飘扬效果218

9.4水波荡漾效果224

9.5粒子系统228

9.5.1基本概念228

9.5.2基本原理229

9.5.3粒子的类型229

9.5.4雪花飘落的模拟230

9.6天幕的构建与全景技术233

9.6.1半球体天幕234

9.6.2曲面天幕234

9.6.3天空盒的构建235

9.6.4全景技术简介244

9.6.5柱形全景245

9.6.6球形全景245

9.6.7立方体全景246

9.7地形的绘制247

9.7.1高度图247

9.7.2地形生成算法248

9.7.3地表纹理259

9.7.4地形的渲染264

9.8雾化效果270

9.9实例：构建真实的自然景貌场景271

第10章 外部模型276

10.1三维建模技术276

10.1.1 Patch面片建模277

10.1.2 NURBS曲面建模277

10.1.3 Mesh多边形建模277

10.2文本文件的读取278

10.3 XML文件的读取280

10.4正则表达式简介284

10.4.1字符转义286

10.4.2断言286

10.4.3量词286

10.5 OBJ格式模型286

10.5.1 OBJ文件结构286

10.5.2 OBJ文件的前缀288

10.5.3材质库文件288

10.5.4模型的解析与绘制289

10.6 DAE格式模型319

10.6.1文件结构解析320

10.6.2动画数据解析324

10.6.3模型的绘制327

第11章 人机交互333

11.1触摸屏333

11.1.1触控事件333

11.1.2触点移动旋转模型334

11.1.3缩放手势缩放模型338

11.2虚拟按键344

11.2.1按键的绘制344

11.2.2按键的响应348

11.3传感器355

11.3.1方向传感器355

11.3.2加速度传感器360

11.3.3光感传感器361

11.4数据库的存储361

11.4.1创建数据库363

11.4.2创建表363

11.4.3插入数据363

11.4.4修改数据364

11.4.5查询数据364

11.4.6删除数据365

11.5音乐与音效的播放365

第三部分：三维图形引擎与物理引擎的探索实践370

第12章 三维图形引擎的构建370

12.1面向对象方法370

12.2 UML类图建模371

12.2.1依赖关系372

12.2.2泛化关系373

12.2.3关联关系373

12.2.4实现关系374

12.3引擎结构375

12.3.1运行机制376

12.3.2数学库380

12.3.3数据结构384

12.3.4公共工具386

12.4场景组织387

12.4.1场景坐标系387

12.4.2资源管理388

12.4.3场景对象树389

12.4.4场景类的实现391

12.5几何图形402

12.5.1矩形平面412

12.5.2圆形平面415

12.5.3圆柱体417

12.5.4圆锥体420

12.5.5球体422

12.5.6圆环428

12.5.7抛物面431

12.5.8双曲面433

12.6场景高级元素436

12.6.1粒子绘制436

12.6.2地形绘制441

12.6.3天空盒绘制447

12.7外部模型452

12.8用户界面455

12.8.1二维精灵的绘制455

12.8.2按钮的绘制与响应456

12.9光照处理456

12.9.1点光源461

12.9.2方向光源463

12.9.3聚光灯465

12.10材质与特效467

12.10.1纹理材质468

12.10.2雾化效果471

12.11摄像机473

第13章 三维物理引擎的构建476

13.1物理引擎概述476

13.1.1物理引擎的应用477

13.1.2一个简单的自由落体例子478

13.2物理引擎的结构481

13.2.1引擎的基本组成482

13.2.2引擎文件目录介绍482

13.2.3引擎各类之间的关系484

13.2.4引擎运作原理与流程486

13.3几何判定492

13.3.1计算空间中两点的距离492

13.3.2判断空间顶点是否在平面上493

13.3.3计算顶点离平面的距离494

13.3.4判断空间点是否在盒子内495

13.3.5计算空间点到直线的距离497

13.3.6矩阵运算497

13.4碰撞检测算法与包围盒499

13.4.1碰撞检测原理499

13.4.2碰撞检测算法分类499

13.5碰撞检测与响应501

13.5.1质点碰撞502

13.5.2刚体碰撞504

13.5.3带摩擦力的刚体碰撞507

13.5.4球体与球体的碰撞508

13.5.5球体与平面的碰撞512

13.5.6球体与盒子的碰撞517

13.5.7实例：多球体碰撞模拟520

13.5.8实例：更复杂的碰撞模拟522

13.6力场525

13.6.1实例：自由落体的模拟527

13.6.2实例：浮力的模拟529

13.7约束532

13.7.1弹簧约束532

13.7.2轻杆约束534

13.7.3实例：地月系的物理运动模拟536

第四部分：项目实战540

第14章 项目实例：3D推箱子游戏540

14.1项目概述540

14.2游戏流程541

14.3项目文件结构541

14.4关卡生成器的设计541

14.4.1关卡地图的生成542

14.4.2关卡数据的导出548

14.4.3关卡数据的导入550

14.5游戏逻辑的实现552

14.5.1游戏场景的初始化555

14.5.2关卡数据的读入557

14.5.3游戏场景的绘制558

14.5.4游戏角色行为控制561

14.5.5游戏逻辑控制567

第15章 项目实例：牛顿摆的模拟569

15.1牛顿摆的原理569

15.2在3ds Max中的建模570

15.3项目文件结构573

15.4场景中物理对象的布局573

15.5线段的绘制574

15.6项目的逻辑实现576