基于WebGL的3D圖形引擎研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，Web相關(guān)技術(shù)體現(xiàn)出了越來越重要的價值。而任何一個有吸引力的Web程序中都必不可少的元素之一就是圖形。但是，隨著Web程序的復(fù)雜度不斷提高，傳統(tǒng)的二維平面圖形已無法滿足程序的需要，于是，用于Web程序的交互式三維圖形應(yīng)用應(yīng)運而生。但是早期的Web交互式三維圖形技術(shù)存在不足之處，如JavaApplet占用資源多，性能低，且無法利用圖形硬件加速功能;Flash和Silverlight技術(shù)雖然性能較高，但是卻存在需要

2、插件支持和難以跨平臺使用兩大問題。
　　 而WebGL技術(shù)的出現(xiàn)完美的解決了上述問題，這項繪圖技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)通過為OpenGLES2.0增加一個JavaScript綁定，將JavaScript和OpenGLES2.0結(jié)合在了一起，從而為HTML5Canvas提供了硬件3D加速渲染。這樣Web開發(fā)人員就可以借助系統(tǒng)顯卡來在瀏覽器里更流暢地展示復(fù)雜的3D場景和模型，從而為開發(fā)人員開發(fā)通用的高性能Web交互式三維圖形應(yīng)用提供了可能。

3、　　 但是直接利用底層WebGL接口進行開發(fā)，效率非常低下，因此需要將常用的WebGL功能封裝起來，為用戶提供一種中間件機制，從而使用戶在無需了解底層細(xì)節(jié)的情況下，快速開發(fā)Web交互式三維圖形應(yīng)用。這種中間件機制，通常就被稱為3D圖形引擎。本文的主要工作就是研究并實現(xiàn)基于WebGL的3D圖形引擎。
　　 本文首先對3D引擎的基本架構(gòu)和目前主流的3D引擎進行了介紹，接著對3D引擎相關(guān)的理論背景知識進行了探討，然后對基于WebGL

4、的3D引擎SimpleGL的設(shè)計與實現(xiàn)進行了詳細(xì)的研究，最后通過與其他引擎的對比測試分析了該引擎的優(yōu)缺點。本文主要內(nèi)容如下:
　　 第一章緒論。首先介紹了WebGL技術(shù)出現(xiàn)的背景和研究基于WebGL的3D圖形引擎的必要性;接著介紹了3D引擎的基本架構(gòu)和主要組成模塊，并對各模塊的主要功能進行了研究，隨后對目前主流的3D引擎（如Quake系列、Unreal系列等商業(yè)引擎和Torque和Irrlicht等開源3D引擎）進行了介紹。

5、r>　　 第二章相關(guān)理論背景。主要介紹了3D引擎開發(fā)中涉及到的一些數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ):包括坐標(biāo)系與標(biāo)架、齊次坐標(biāo)表示、常用的仿射變換（如平移、縮放、旋轉(zhuǎn)）和透視投影技術(shù)、光照技術(shù)（包括平行光、點光源、環(huán)境光等）等。隨后介紹了WebGL渲染管線和著色器相關(guān)知識。
　　 第三章系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)。首先介紹了SimpleGL圖形引擎的基本架構(gòu)，隨后分別對場景圖模塊、資源管理模塊、網(wǎng)格模塊、游戲資產(chǎn)序列化模塊、材質(zhì)和著色器模塊、3D模型導(dǎo)入模塊

6、、輸入模塊和數(shù)學(xué)庫這幾大模塊的設(shè)計與實現(xiàn)進行了詳細(xì)的分析和研究。重點介紹了各個模塊的設(shè)計思想，并對主要的方法和屬性進行了說明。
　　 第四章系統(tǒng)性能測試與分析。通過單一繪制調(diào)用、視見體裁剪和材質(zhì)改變這三項基準(zhǔn)測試，對SimpleGL引擎性能進行了測試。并通過與Three.js和Unity引擎進行對比，分析了SimpleGL引擎的優(yōu)缺點。
　　 第五章總結(jié)與展望。對SimpleGL圖形引擎的設(shè)計與實現(xiàn)進行了評價，并對本文所