Cocos2d-x3D与VR游戏开发实战详解

系统介绍了基于Cocos2d-x平台进行3D游戏开发所需的各项技术，主要包括基本模型的加载与渲染、3D地形和导航网格、包围盒与拾取、光照和阴影、3D粒子系统，同时还详细介绍了大名鼎鼎的开源3D物理引擎Bullet在Cocos2d-x中的使用。

紧跟时代潮流，介绍了如何基于Cocos2d-x进行Cardboard及GearVR平台虚拟现实游戏的开发。

给出了两个完整的3D游戏案例，分别是“益智类游戏——指尖方块”和“射击解谜类游戏——绿色行动”，方便读者快速提升实战能力。

为了方便不同目标平台读者的学习，这两个大案例都同时提供了Android以及iOS平台的项目版本。

内 容 提 要
本书共分为15章，全面讲解了用Cocos2d-x引擎进行3D游戏开发的知识和开发技巧，首先介绍3D开发中使用到的相关Cocos2d-x基础类，包括加载模型、背面剪裁、摄像机、骨骼动画、异步加载和自定义着色器等，接下来介绍常用的3D开发技巧，如标志板技术、天空盒、立方图纹理、水特效和材质系统、Cocos2d-x引擎中的地形（Terrain类）和导航网格（NavMesh类），适合模拟室外的平原、高山、丘陵等，使游戏场景更加丰富，也讲解了拾取与包围盒、光照和阴影、3D粒子系统与拖尾效果的使用、正六边形瓦片地图、正六边形地图的路径搜素和手机截屏等方面的知识，以及Bullet物理引擎、VR游戏开发等知识，最后讲解了综合案例，包括益智类游戏—指尖方块和射击解谜类游戏—绿色行动，让读者学以致用。
本书适合Cocos2d-x初学者、游戏开发者、程序员学习，也适合作为大专院校相关专业师生学习用书以及培训学校的教材。

吴亚峰，毕业于北京邮电大学，后留学澳大利亚卧龙岗大学取得硕士学位。1998年开始从事Java应用的开发，有10多年的Java开发与培训经验。主要的研究方向为OpenGL ES、手机游戏、Java EE以及搜索引擎。同时为手机游戏、Java EE独立软件开发工程师，现任职于华北理工大学并兼任华北理工大学以升大学生创新实验中心移动及互联网软件工作室负责人。十多年来不但指导学生多次制作手游作品获得多项学科竞赛大奖，还为数十家著名企业培养了上千名高级软件开发人员。曾编写过《OpenGL ES 3.0游戏开发（上下卷）》、《Cocos2d-X案例开发大全》、《Cocos2d-X 3.X 游戏案例开发大全》、《Cocos2d-X 3.0游戏开发实战详解》、《Cocos2d-x游戏开发标准教程》、《Android游戏开发大全》（第一版、第二版及第三版）等多本畅销技术书籍。2008年初开始关注Android平台下的3D应用开发，并开发出一系列优秀的Android应用程序与3D游戏。

目 录

第1章 初识Cocos2d-x 1
1．1 Cocos2d-x的概述 1
1．1．1 Cocos2d-x的发展史 1
1．1．2 Cocos2d-x的市场前景 2
1．2 Cocos2d-x开发环境的搭建 2
1．2．1 Android Studio以及Android SDK的下载与配置 2
1．2．2 Android NDK的下载与配置 5
1．2．3 Cocos2d-x的下载与配置 6
1．3 初识Cocos2d-x应用程序 7
1．3．1 本书案例的导入与运行 7
1．3．2 Cocos2d-x案例导入后的相关修改 9
1．3．3 创建自己的项目 9
1．4 本章小结 12
第2章 3D开发基础 13
2．1 与3D开发相关的基础知识 13
2．1．1 基础知识 13
2．1．2 加载obj格式模型的案例 18
2．1．3 背面剪裁 23
2．1．4 摄像机背景画笔 25
2．2 骨骼动画的使用 27
2．2．1 基础知识 27
2．2．2 c3b文件的生成 28
2．2．3 加载骨骼动画的案例 29
2．2．4 骨骼动画关键帧回调的使用 32
2．3 3D精灵的异步加载 35
2． 3．1 异步加载的基础知识 35
2．3．2 3D精灵的异步加载案例 35
2．4 三种基本变换的灵活使用 39
2．4．1 背景知识 39
2．4．2 桌球案例的实现策略 40
2．4．3 案例的开发 41
2．5 3D基本动作 45
2．5．1 基础知识 45
2．5．2 案例的开发 45
2．6 自定义着色器基础 47
2．6．1 背景知识 47
2．6．2 Cocos2d-x中的相关方法 47
2．6．3 自定义着色器案例 48
2．7 本章小结 51
第3章 常用的3D开发技巧 52
3．1 标志板技术的应用 52
3．1．1 基础知识 52
3．1．2 一个简单案例的开发 53
3．2 天空盒 57
3．2．1 基础知识 57
3．2．2 一个简单案例的开发 58
3．3 立方图纹理 60
3．3．1 基础知识 60
3．3．2 一个简单案例的开发 60
3．4 让游戏更加灵动—水特效 62
3．4．1 基础知识 63
3．4．2 一个简单案例的开发 63
3．5 压缩纹理的使用 69
3．6 材质系统 70
3．6．1 基础知识 70
3．6．2 一个简单案例的开发 71
3．7 本章小结 74
第4章 3D地形和导航网格 75
4．1 地形的基础知识 75
4．2 地形制作相关工具 78
4．2．1 TerrainEditTool的下载 78
4．2．2 TerrainEditTool的使用 79
4．2．3 地形预烘焙贴图制作 82
4．3 3D地形案例开发 85
4．3．1 定向光照案例 85
4．3．2 可变方向光照案例 89
4．4 导航网格的相关类 92
4．5 导航网格设计软件 94
4．5．1 设计软件的下载与编译 94
4．5．2 设计软件的使用 96
4．6 导航网格案例 98
4．7 本章小结 103
第5章 拾取与包围盒 104
5．1 AABB包围盒 104
5．1．1 基础知识 104
5．1．2 一个简单案例的开发 105
5．2 拾取 107
5．2．1 基础知识 107
5．2．2 一个简单案例的开发 108
5．3 AABB包围盒的不精确性 113
5．4 OBB包围盒 116
5．4．1 基础知识 116
5．4．2 一个简单案例的开发 117
5．5 本章小结 120
第6章 光照和阴影 121
6．1 光照的使用 121
6．1．1 基础知识 121
6．1．2 光照开发的案例 122
6．2 阴影的重要性 126
6．2．1 阴影可以帮助判断物体在三维空间中的位置关系 126
6．2．2 阴影可以反映接收体的
形状 127
6．2．3 阴影可以表现出一些当前视点看不见的物体的信息 127
6．2．4 通过阴影可以判断出光源的数目、位置 128
6．3 平面阴影 128
6．3．1 案例效果与基本原理 128
6．3．2 案例的开发步骤 129
6．4 投影贴图 133
6．5 多轮渲染 138
6．5．1 基本原理及实现策略 138
6．5．2 镜像技术的实现 138
6．5．3 高真实感水面倒影的实现 142
6．6 本章小结 147
第7章 3D粒子系统与拖尾效果的使用 148
7．1 3D粒子系统 148
7．1．1 基础知识 148
7．1．2 3D粒子系统编辑器Particle Universe Editor 150
7．1．3 一个简单粒子系统的制作 151
7．1．4 3D粒子系统展示案例 155
7．2 3D拖尾效果 160
7．2．1 基础知识 160
7．2．2 一个简单案例的开发 161
7．3 本章小结 163
第8章 杂项 164
8．1 正六边形瓦片地图 164
8．1．1 基本原理及特点 164
8．1．2 正六边形地图的设计 165
8．1．3 网格定位案例 168
8．2 正六边形地图的路径搜索 172
8．2．1 路径搜索示例基本框架的
搭建 172
8．2．2 广度优先路径搜索算法
BFS 178
8．2．3 广度优先路径搜索算法BFS的实现 179
8．2．4 Dijkstra路径搜索算法 185
8．2．5 Dijkstra路径搜索算法的
实现 186
8．2．6 用A*思想优化广度优先路径搜索 190
8．2．7 用A*思想优化Dijkstra路径搜索 192
8．3 手机截屏 193
8．3．1 基础知识 194
8．3．2 案例开发 194
8．4 本章小结 196
第9章 初识3D物理引擎Bullet 197
9．1　常用类的介绍 197
9．1．1　Vec3类—三维向量类 197
9．1．2 Mat4类—矩阵类 198
9．1．3 Physics3D类—
3D物理类 199
9．1．4 PhysicsSprite3D类—
3D物理精灵类 200
9．1．5 Physics3DRigidBody类—刚体类 201
9．1．6 Physics3DWorld类—
物理世界类 202
9．1．7 Physics3DShape类—
碰撞形状类 203
9．2　箱子撞击案例 204
9．2．1 案例运行效果 204
9．2．2 案例的基本框架结构 204
9．2．3 场景管理类—SceneManager类 205
9．2．4 信息布景类—
My2DLayer类 206
9．2．5 物理世界布景类—My3DLayer类 207
9．3 物体下落案例 212
9．3．1 案例运行效果 212
9．3．2 物体下落布景类—My3DLayer类 212
9．4 旋转的陀螺 214
9．4．1 案例运行效果 214
9．4．2 旋转的陀螺布景类—My3DLayer类 215
9．5 消失的木块 217
9．5．1 案例运行效果 217
9．5．2 消失的木块布景类—My3DLayer类 217
9．6 物体碰撞下落 219
9．6．1 案例运行效果 219
9．6．2 自定义物理世界类—MPhysicsWorld类 220
9．6．3 物体碰撞下落布景类—My3DLayer类 222
9．7 三角形网格形状的介绍 223
9．7．1 三角形索引数组类—btTriangleIndexVertex
Array类 223
9．7．2 层次包围结构三角形网格形状类—btBvhTriangleMesh
Shape类 224
9．7．3 层次包围结构三角形网格
形状类的案例—波动的
水纹 225
9．8 固定三角形网格形状类的介绍 229
9．8．1 固定三角形网格形状类—btGImpactMeshShape类 229
9．8．2 固定形状物体案例 230
9．9 本章小结 232
第10章　3D物理引擎Bullet—关节 233
10．1 初识3D关节 233
10．2 铰链关节 233
10．2．1 基础知识 233
10．2．2 案例开发 235
10．3 齿轮关节 237
10．3．1 基础知识 237
10．3．2 案例开发 237
10．4 点对点关节 240
10．4．1 基础知识 240
10．4．2 案例开发 240
10．5 滑动关节 242
10．5．1 基础知识 242
10．5．2 案例开发 243
10．6 六自由度关节 245
10．6．1 基础知识 245
10．6．2 案例开发 246
10．7 本章小结 250
第11章 3D物理引擎Bullet—
交通工具 251
11．1 交通工具类—
btRaycastVehicle类 251
11．2 交通工具的案例—
移动的小车 253
11．3 本章小结 258
第12章　3D物理引擎Bullet—
软体及光线投射 259
12．1 初识3D软体 259
12．2 软布 259
12．2．1 案例运行效果 260
12．2．2 软布布景类—
My3DLayer类 260
12．2．3 软布开发中需要注意的
问题 262
12．3 三角形网格软体案例 263
12．3．1 案例运行效果 263
12．3．2 三角形网格软体类—MyCustomSprite3D类 263
12．3．3 三角形网格软体布景类—My3DLayer类 265
12．4 绳索软体 265
12．4．1 案例运行效果 265
12．4．2 案例开发过程 266
12．5 光线投射 267
12．5．1 光线投射回调结构体Closest RayResultCallback 268
12．5．2　光线投射的案例—
旋转光线 268
12．6 本章小结 270
第13章　VR游戏开发 271
13．1 背景知识 271
13．1．1 发展历史 271
13．1．2 基本特征 273
13．1．3 关键技术 274
13．2 Cocos2d-x开发VR环境搭建 276
13．3 Cocos2d-x开发VR游戏前的
准备 279
13．4 Cardboard平台VR游戏的开发 280
13．4．1 背景知识 280
13．4．2 基础知识 281
13．4．3 VR场景漫游案例的准备
工作 282
13．4．4 VR场景漫游案例的开发 283
13．5 GearVR平台VR游戏的开发 286
13．5．1 背景知识 286
13．5．2 Oculus Home 287
13．5．3 基础知识 288
13．5．4 VR场景射击案例的准备
工作 288
13．5．5 VR场景射击案例的开发 290
13．6 本章小结 297
第14章　益智类游戏—指尖方块 298
14．1 游戏的背景及功能概述 298
14．1．1 游戏开发的背景概述 298
14．1．2 游戏的功能介绍 298
14．2 游戏的策划及准备工作 301
14．2．1 游戏的策划 301
14．2．2 游戏的准备工作 302
14．3 游戏的架构 305
14．3．1 游戏中各类的简要介绍 305
14．3．2　游戏的框架简介 306
14．4 游戏常量类—Constant 307
14．5 场景相关类 307
14．5．1 游戏场景管理类—SceneManager 307
14．5．2 欢迎布景类—
BeginLayer 310
14．5．3 主菜单场景布景类—MainMenuScene2D 311
14．5．4 帮助场景布景类—HelpLayer 315
14．5．5 设置场景布景类—SetLayer 317
14．5．6 选择关卡场景布景类—SelectGameLayer 319
14．6 游戏场景布景类 321
14．6．1 2D布景类—My2Dlayer 321
14．6．2 3D布景类—FirstLayer 321
14．7 辅助类 326
14．7．1 方块类—Cubes 326
14．7．2 地图类—GameMap 328
14．7．3 暂停和通关界面类—GameSet 329
14．7．4 机关类—Organ 332
14．7．5 碰撞检测类—Collision 334
14．8 引擎引用入口类—
AppDelegate 335
14．9 游戏的优化及改进 336
14．10 本章小结 337

第15章　射击解谜类游戏—绿色行动 338
15．1 游戏的背景及功能概述 338
15．1．1 游戏开发的背景概述 338
15．1．2 游戏的功能介绍 338
15．2 游戏的策划及准备工作 340
15．2．1 游戏的策划 340
15．2．2 游戏的准备工作 341
15．3 游戏的架构 346
15．3．1 游戏中各类的简要介绍 346
15．3．2　游戏的框架简介 347
15．4 游戏常量头文件—
AppConstant 348
15．5 游戏场景布景类 349
15．5．1 CG 1场景2D布景类—CG2DLayer 349
15．5．2 CG 1场景3D布景类—CG3DLayer 350
15．5．3 CG 2场景3D布景类—CG3Dlayer 354
15．5．4 主菜单场景2D布景类—
MainMenuScene2D 356
15．5．5 主菜单场景3D布景类—MainMenuScene3D 357
15．5．6 异步加载类—
LoadLayer 358
15．5．7 2D场景类的开发 360
15．5．8 3D场景类的开发 364
15．5．9 场景管理类的开发 377
15．6 辅助类 378
15．6．1 数据类—GameData 379
15．6．2 暂停和设置界面类—GameSet 380
15．6．3 音乐音效管理类—MusicManager 382
15．6．4 粒子系统管理类—ParticleManager 384
15．6．5 波动水面类Water 385
15．6．6 英雄类—Hero 389
15．7 引擎引用入口类—
AppDelegate 393
15．8 游戏的优化及改进 395
15．9 本章小结 395

　　《Cocos2d-x 3D与VR游戏开发实战详解》：
　　上一节详述了游戏的策划和前期准备工作，由此可以了解到本游戏的类型及游戏框架等。从本节开始将对该游戏的架构进行简单介绍，包括布景相关类及工具类实现的功能，使读者对本游戏的开发有更深层次的认识。
　　15.3.1游戏中各类的简要介绍
　　为了使读者能够更好地理解各个类的作用，下面将分成两部分进行介绍，首先介绍的是布景相关类的详细功能，紧随其后介绍的是辅助类的详细功能，而各个类的详细开发流程将在后面的小节中相继介绍。
　　1.布景相关类
　　（1）总场景管理类SceneManager。
　　该布景为游戏中呈现场景最主要的类，主要负责游戏中场景的显示和切换。游戏中将众多的场景集中到一个类中，不但程序结构清晰而且维护简单，在很多商业游戏中也是采用的这种模式，学完本章读者会有体会。
　　（2）自定义游戏加载欢迎布景类BeginLayer。
　　该布景为玩家进入游戏场景首先看到的布景呈现类，首先看到的是开发者的信息，该类主要的功能是用来过渡到主菜单界面。
　　（3）自定义游戏主菜单布景类MenuMenuScene。
　　该布景为游戏的主菜单类，是玩家打开游戏第一个能和玩家交互的类，包括了进入CG场景的“开始游戏”按钮以及打开设置背景音乐和游戏音效的“设定”按钮，单击相应按钮进入相应的界面。
　　（4）自定义游戏CG动画布景类CGLayer。
　　该布景为单击“开始游戏”按钮后进入的第一个布景类，CG动画能够快速地向玩家介绍游戏的背景故事信息，这其中包括游戏的主线和故事走向，这样游戏的开始就会显得合情合理，很多游戏的开头部是这样设计的。
　　（5）自定义游戏异步加载布景类LoadLayer。
　　该布景为游戏加载界面的布景类，该类比较简单，主要功能是为了使游戏场景更加流畅，都会由这个布景类来异步加载下一个游戏场景中将会使用到的图片和模型资源等，有效减少等待和卡顿时间，读者可在游戏中自行体会。
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