Michael Radtke Chris Lampton. f* yt '\ r I KMM. Sie I« ?at r. Svi/VIS

Transkript

1 I» f.v. S Michael Radtke Chris Lampton ) I KMM V f* yt '\ r i Sie I«?at r Svi/VIS

2 Geleitwort 15 Vorwort 17 Installation 19 Anforderungen 19 Installation 20 Projekte auswählen und kopieren 20 Flash Copy 21 Eigeninstallation 21 Konfiguration 21 Einführung in die Grafikprogrammierung 23 Die Nachfahren des Flight Simulators 26 Spiele und Grafik 27 Text kontra Grafik 28 Aus der Sicht des Programmierers 29 In den Tiefen von VGA 30 Entwicklung der Grafik bei IBM 30 Babel des Videostandards 31 Auflösung und Farbtiefe 32 Die Speicher-Connection 34 Bits, Bytes und Binär 35 Speicheradressen 36 Zeiger auf den Speicher 37 Near und Far 38 Wie Bitmaps funktionieren 39 Eine zweifarbige Bitmap 40 Modus 13h-Speicher 41 Die Farbpalette 42 VGA-Programmierung 43

3 3D-Programmierung mit C Mathematik 47 Das Kartesische Koordinatensystem 49 Die Kartesische Ebene 50 Geometrie und Algebra 52 Computer und Koordinaten 56 Von der Koordinate zum Pixel-Offset 57 Den Ursprung bewegen 58 Mehrere Pixel adressieren 59 In die dritte Dimension 59 Umrisse, Körper und Koordinaten 62 Drei Dimensionen 64 Grafische Gleichungen 66 Die Gleichung lösen 67 Fraktale 68 Transformationen 69 Verschieben und Skalieren 69 Rotieren um die x-, y- und z-achse 71 Die Drehung selbst 72 Grad und Bogenmaß 73 Rotationsformeln 75 Matrizenalgebra 76 Matrizen aufbauen 76 Matrizen multiplizieren 77 Drei Arten von Rotationsmatritzen 79 Fließkommaberechnungen 80 O In 256 Farben darstellen 83 "^ Farbtiefe kontra Auflösung 85 In den Modus wechseln 86 Wir machen es in Assembler 87 Zeiger in Assembler 88 In das Register bringen 89 Haken und Ösen in Assembler 90 Parameterübergabe an Assemblerprozeduren 91 Zugriff auf das Video-BIOS 93 Den Video-Modus wiederherstellen 95 Wissenswertes über Bitmaps 96 Die Bitmap finden 98 Zeichnungen im Speicher erstellen 99 Den Bildschirm löschen 99 Farben über Farben 102 Die Palette einstellen 103 Die Standard-Palette 104

4 Inhalt 4 Bewegung 5 Mit Bitmaps speichern 106 Bitmaps komprimieren 107 Formate von Grafikdateien 109 Das Innenleben einer PCX-Datei 109 Eine Struktur von PCX 110 Einschränkungen von PCX 111 Die PCX-Klasse 112 Die PCX-Laderoutine 114 Bitmap und Palette einlesen 115 PCX-Vorschau 119 Das Programm kompilieren und ausführen 121 Es wieder kleinbekommen 121 Die Komprimierungsfunktion 123 Die Daten dekomprimieren 128 Das Programm zusammenstellen 128 hineinbringen 129 Filme nach Computer-Art 132 Bitmaps in Bewegung 133 Eine Datenstruktur für Sprites 135 Die Klasse Sprite erzeugen 136 Eine einfache Routine zur Darstellung von Sprites 138 Transparente Pixel 139 Den Vorgang beschleunigen 140 Sprites plazieren 140 Sprites löschen 142 Sprites einfangen 143 Der Fußgänger 145 Den Bildschirm Zwischenspeichern 145 Ein Sprite erstellen 146 Die Laufsequenz festlegen 147 Die Sequenz durchlaufen 148 Der spazierende Fußgänger 149 Das Programm zusammenstellen 152 dem Computer Verbindung aufnehmen 153 Joystickprogrammierung 155 Analog kontra digital 157 Irgendein alter Port 158 Wahrheitslogik 160 Binärzahlen maskieren 161

5 3D-Programmierung mit C+ + 8, Weitere Operationen mit Bits 163 Das Gameport-Byte dekodieren 163 Die Feuerknopf-Prozedur 165 Ein Bit Information 166 Timing des Status-Bits 167 Herunterzählen 167 Auswertungsprozedur für den Joystick 168 Den Joystick kalibrieren 169 Nicht ein Eingabegerät hat sich gerührt,... bis auf die Maus 169 Dem Mäusequieken lauschen 170 Mausklicks 173 Die Mickeymaus 173 Die Mausposition abfragen 175 Mit den Tasten klimpern 176 Die BIOS-Tastaturroutinen 176 Events bearbeiten 179 Die Event-Manager-Klasse 181 Die Funktionen des Event-Managers 181 Der Herrscher der Events 183 In den Tiefen der Funktion getevent() 184 Der Spaziergänger kehrt zurück 188 Eine neue Dimension 198 Das Programm zusammenstellen 198 Drahtmodelle und mehr 199» Ein Schnappschuß des Universums 201 Bitmaps skalieren 202 Wiedergabe-Techniken 202 Drahtmodelle und gefüllte Polygone 203 Beschreibung des Schnittpunktes 206 Ein zweidimensionales Drahtmodell 209 Bresenhams Algorithmus 212 Eine Linienroutine in C Testen der Linienfunktion 217 Zufallslinien zeichnen 218 Eine Linienfunktion in Assembler 220 Umrisse zeichnen 223 Die Umrißdaten erzeugen 226 Ein Umrißprogramm in C Umrisse transformieren 231 Lokale Koordinaten 231 Verschieben 234

6 Inhalt 7 In 8 Grafiken Skalierung 237 Rotation 242 Mit Matrizen arbeiten 247 die dritte Dimension 255 Die Z-Koordinate 257 Das räumliche Universum 259 Von Welt- auf Bildschirm-Koordinaten 261 Speichern der x-, y- und z-koordinaten 263 Erzeugung eines dreidimensionalen Umrisses 265 Projektion und Perspektive 267 Die Funktion Project() 271 Transformation in drei Dimensionen 272 Die Globale Transformationsmatrix 274 Die Funktion scale() 276 Die Funktion translated) 278 Die Funktion rotate() 279 Die Funktion transform() 281 Die Funktion Draw() 282 Zeichnung eines Würfels 283 Animation eines Würfels 285 Drehen des Würfels 286 Zeichnen einer Pyramide 288 Zeichnen des Buchstabens W 289 aus gefüllten Polygonen 293 Der Polygon-Deskriptor 295 Die Struktur vertex_type 297 Die Klasse polygon_type 298 Die Klasse objectjype 299 Neue Klassen 300 Zeichnen von Polygonen 302 Algorithmus zum Zeichnen von Polygonen 305 Funktion zum Zeichnen von Polygonen 307 Nach oben kommen 308 Vom Anfang zum Ende 309 Zeichnen des Polygons 310 Bresenham erledigt die Aufgabe 311 Die vier Unterabteilungen 311 Zählen der Pixel 313 Eine Schleife über Y 314 Zeichnen der Linie 315 9

7 3D-Programmierung mit C+ + 9 Schneller Aufräumen 316 Die vollständige Funktion 317 Polygone verändern 327 Die Funktion Transform() 328 Die Funktion Project() 328 Rückseitenentfernung 329 Die Funktion Draw() 331 Einschränkungen der Rückseitenentfernung 332 Programm zur Anzeige der Polygon-Objekte 332 ASCII-Objekt-Deskriptoren 333 Lesen der Datei 334 Das Polygon-Demoprogramm 338 und schneller 341 Optimieren: Gewußt wo! 344 Geschachtelte Schleifen 344 Die innerste Schleife 345 Den Code profilieren 345 TProf ausführen 347 Auf Null reduzieren 349 Profilierung in der Praxis 350 Ganzzahlige Festkomma-Arithmetik 351 Festkomma-Arithmetik einsetzen 351 Die Kommastelle festlegen 353 Ist das wirklich nötig? 354 Berechnungen mittels Look-Up-Tabellen vermeiden 356 Abwicklung von Schleifen 361 Die Schleifenbedingung 362 Die Sache zum Laufen bringen 365 ^f% Entfernung verdeckter lw Vorderseiten 371 Das Problem 373 Der Painter-Algorithmus 374 Die Reihenfolge einhalten 377 Die fünf Prüfungen 379 Gegenseitige Bedeckung 384 Überlegungen zur Ablaufdauer 385 Der Z-Buffer Algorithmus 386 Nachbearbeitung der Klassen im voraus 388 Sortieren der Tiefe nach 389 Die Polygonliste zeichnen

8 Inhalt Polygon-Clipping 411 Das Gesichtsfeld 414 Beschneidung der Gesichtsfelder 419 Der Sutherland-Hodgman-Algorithmus 420 Vier verschiedene Ränder 422 Die Punkt-Steigungs-Form 424 Die Klasse für beschnittene Polygone 426 Die Clipping-Funktion(en) 432 Das vordere Gesichtsfeld 433 Rand Nummer Rand Nummer Rand Nummer Rand Nummer Die Funktion Z_Clip() 437 Der Rest des Gesichtsfeldes 439 Das Clipping beenden Erweiterte Polygonschattierung 451 Farbe und Beleuchtung 453 Das sichtbare Spektrum und die Farbfläche 453 Lichtquellen: Glühbirnen versus Sonne 455 Diffuse und spekuläre Reflexion 457 Unkomplizierte Vorgehensweise 458 Beleuchtung von Polygonen 458 Eine Lichtquelle für unsere Welt 459 Eine graduierte Palette 461 Installation der Palette 464 Was ist normal? 467 Die Schattierungsfunktionen 469 Vervollständigung des Demo-Programms für Licht 474 Gouraud-Schattierung 479 Bresenham wird enthüllt 480 Bresenham für die Helligkeit 486 Scheitelpunktnormale 496 Die Helligkeitsberechnung 499 GOURDEMO-Zusammenfassung 501 Gouraud-Schattierung in der wirklichen Welt 501 Strukturzuordnung 502 Die Strategie 502 Positionierung des Bitmaps 503 Erzeugung der Vektoren 504 Erzeugen der Vektoren: Der Code

9 3D-Programmierung mit C+ + 3 Das Verwendung der Vektoren 508 Bitmap-Konsultation 510 Laden des Bitmaps 511 Strukturzuordnung aus Spaß und Profit 512 Darstellungssystem 513 Sich im Computer bewegen 516 Stehender kontra sich bewegender Betrachter 516 Der Betrachter wird zum Objekt in der Welt 518 Drehung des Betrachters 519 Ausrichtung des Universums 521 Die Funktion AlignView() 521 Relative Bewegung 522 Rotation ausrichten 524 Die Funktion Atransform() 525 Die Klasse View 527 Die Funktion SetView() 528 Die Funktion SetWorld() 529 Die Funktion Update() 530 Die Funktion DrawHorizon() 531 Das Problem mit dem Horizont 531 Was macht der Horizont? 532 Den Horizont abgehen 534 Die Winkel erneuern 536 Den Horizont drehen 537 Polygone für Himmel und Erde 538 Die Funktion DisplayO 544 Eine neue Funktion zur Rückseitenentfernung 546 M Fraktale Berge und andere Szenarien 549 Eine Hintergrundlandschaft 551 Objektdateien verwenden 552 Aufbau einer Objektdatei 552 Objektdateien mittels Programm erstellen 556 Rechts- oder linksherum? 556 v Fraktaler Realismus 557 Selbstähnlichkeit 558 Nutzung der Fraktale 559 Rekursive Grafiken 560 Fraktale Gebirgsketten 561 Programm zum Zeichnen der Berge 562 Die Funktion linesego 564

10 5 Sound-Programmierung 6 Der Das Programm Mountain 567 Dreidimensionale Fraktale 569 Ein dreidimensionaler Bergerzeuger 570 Pseudo-zufällige Zahlen 573 Tiefenrekursion 576 Abspeichern der fraktalen Daten 578 Die Funktion fractalize() 580 Erzeugung von mehreren Bergen 583 Weltveränderungen 584 Das Programm FRACDEMO 588 Noch mehr Fraktale Etwas Geschichte 593 Soundtheorie 594 FM-Synthese 597 Digitalisierter Sound 601 Digital versus FM 603 Eingeben der Sounds 604 Steuerung des Chips 605 Gibt es da draußen Sound? 607 Initialisierung des FM-Chips 611 Sounds und Stille 614 Fluggeräusche 617 Sound ausschalten 622 Flugsimulator 625 Anpassung an das Gesichtsfeld 627 Animation des Blickfeldes 630 Flugsimulatoren 632 Das Flugmodell 633 Flugverhalten 634 Schub 636 Auftrieb 639 Kontrollierter Flug 641 Die Steuerflächen 642 Die Klasse AirCraft 643 Von der Eingabe zum Flugmodell 646 Die Funktion GetControls() 647

11 3D-Programmierung mit C+ + Die dreidimensionale Zukunft 685 3D-Beschleuniger 687 Polygon-Glättung 688 Raytracing 689 Einen Raytracer implementieren 690 Bitmap-Animation 692 Bitmaps selbstgemacht 694 Der ultimative Flugsimulator 695 Den C++-Flugsimulator fliegen 697 Bibliographie 703 * * Bücher über dreidimensionale Animation 703 ^ Den Flug mit Musik untermalen 705 Stichwortverzeichnis 717