TypeScript圖形渲染實(shí)戰(zhàn)：基于WebGL的3D架構(gòu)與實(shí)現(xiàn)

第1篇  數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ) 第1章  SystemJS與Webpack 2 1.1  準(zhǔn)備工作 3 1.1.1  安裝Node.js 3 1.1.2  安裝Viusal Studio Code 4 1.2  安裝和配置SystemJS 5 1.2.1  安裝SystemJS 5 1.2.2  使用SystemJS 7 1.2.3  個(gè)TypeScript程序 8 1.3  安裝和配置Webpack 9 1.3.1  安裝Webpack 9 1.3.2  配置Webpack 11 1.3.3  調(diào)用build命令 12 1.3.4  配置tsconfig.json文件 12 1.3.5  調(diào)用build和dev命令 13 1.3.6  使用watch命令 14 1.3.7  聯(lián)合使用watch和dev命令 15 1.3.8  使用Webpack壓縮打包源碼 16 1.4  SysemJS VS. Webpack 16 1.5  編譯（Compile）VS.轉(zhuǎn)義（Transpile） 18 1.6  斷點(diǎn)調(diào)試 19 1.6.1  安裝及配置Debugger for Chrome擴(kuò)展 19 1.6.2  斷點(diǎn)調(diào)試TypeScript程序 20 1.6.3  VS Code Debug快捷鍵 21 1.7  本章總結(jié) 21 第2章  TypeScript封裝和實(shí)現(xiàn)常用容器 22 2.1  ArrayBuffer、DataView及類型數(shù)組實(shí)現(xiàn)原理 23 2.1.1  C/C 模擬JS/TS中的ArrayBuffer對(duì)象 23 2.1.2  C/C 模擬JS/TS中的DataView對(duì)象 24 2.1.3  C/C 版CDataView VS. JS/TS版DataView 25 2.1.4  C/C 模擬JS/TS中的Float32Array對(duì)象 26 2.1.5  C/C 版CFloat32Array VS. JS/TS版Float32Array 28 2.1.6  JS/TS中的類型數(shù)組對(duì)象 30 2.2  封裝動(dòng)態(tài)類型數(shù)組 31 2.2.1  TypedArrayList的成員變量及構(gòu)造函數(shù) 31 2.2.2  TypedArrayList的push方法 32 2.2.3  TypedArrayList的slice方法和subarray方法 33 2.2.4  TypedArrayList的其他方法和屬性 35 2.2.5  capacityChangedCallback回調(diào)函數(shù) 36 2.3  封裝關(guān)聯(lián)數(shù)組 36 2.3.1  JS/TS中的關(guān)聯(lián)數(shù)組 37 2.3.2  TypeScript索引簽名 37 2.3.3  ES 6 Map對(duì)象 38 2.3.4  封裝成Dictionary字典對(duì)象 39 2.3.5  測(cè)試Dictionary對(duì)象 42 2.3.6  紅黑樹還是哈希表 42 2.4  實(shí)現(xiàn)SGI STL風(fēng)格雙向循環(huán)鏈表 44 2.4.1  泛型的ListNode結(jié)構(gòu) 45 2.4.2  List中的頭節(jié)點(diǎn) 45 2.4.3  雙向循環(huán)概念 46 2.4.4  List的查詢與遍歷操作 46 2.4.5  List的插入操作 48 2.4.6  List的刪除操作 50 2.4.7  List的push / pop / push_front / pop_front操作 51 2.5  封裝隊(duì)列與棧 51 2.5.1  聲明IAdapter泛型接口 52 2.5.2  實(shí)現(xiàn)AdapterBase抽象基類 52 2.5.3  實(shí)現(xiàn)Queue子類和Stack子類 53 2.6  實(shí)現(xiàn)通用樹結(jié)構(gòu) 54 2.6.1  樹結(jié)構(gòu)的內(nèi)存表示 54 2.6.2  樹節(jié)點(diǎn)添加時(shí)的要點(diǎn) 55 2.6.3  樹節(jié)點(diǎn)isDescendantOf和remove方法的實(shí)現(xiàn) 56 2.6.4  實(shí)現(xiàn)addChild等方法 58 2.6.5  查詢樹結(jié)構(gòu)的層次關(guān)系 59 2.6.6  廣度/深度優(yōu)先遍歷算法 60 2.6.7  隊(duì)列及棧在廣度/深度優(yōu)先遍歷中的應(yīng)用 62 2.6.8  廣度/深度線性遍歷枚舉器 63 2.6.9  樹結(jié)構(gòu)枚舉器的實(shí)現(xiàn) 63 2.6.10  測(cè)試樹結(jié)構(gòu)迭代器 67 2.6.11  深度優(yōu)先的遞歸遍歷 71 2.7  本章總結(jié) 73 第2篇  WebGL圖形編程基礎(chǔ) 第3章  WebGLApplication框架 76 3.1  Application體系結(jié)構(gòu)概述 77 3.2  個(gè)WebGL Demo 78 3.2.1  技術(shù)要點(diǎn)描述 78 3.2.2  Demo的成員變量與構(gòu)造函數(shù) 80 3.2.3  資源同步加載 82 3.2.4  立方體、坐標(biāo)系、三角形及文字渲染 83 3.2.5  更新操作 85 3.2.6  鍵盤輸入事件處理 86 3.2.7  總結(jié)Application框架的使用流程 87 3.3  Application框架實(shí)現(xiàn) 87 3.3.1  成員變量與構(gòu)造函數(shù) 88 3.3.2  啟動(dòng)/查詢/停止Application 89 3.3.3  不間斷地更新操作 90 3.3.4  CanvasInputEvent及其子類 92 3.3.5  DOM中的getBoundingRect方法 93 3.3.6  實(shí)現(xiàn)viewportToCanvasCoordinate方法 94 3.3.7  將DOM Event事件轉(zhuǎn)換為CanvasInputEvent事件 95 3.3.8  實(shí)現(xiàn)EventListenerObject接口進(jìn)行事件分發(fā) 96 3.3.9  讓事件起作用 97 3.3.10  定時(shí)器Timer系統(tǒng) 97 3.3.11  增刪定時(shí)器對(duì)象 98 3.3.12  觸發(fā)多個(gè)定時(shí)任務(wù)的操作 100 3.3.13  WebGLApplication子類 101 3.3.14  CameraApplication子類 102 3.4  HTML頁(yè)面系統(tǒng) 103 3.4.1  HTML頁(yè)面系統(tǒng)簡(jiǎn)介 103 3.4.2  HTML頁(yè)面源碼 104 3.4.3  入口文件main.ts 105 3.5  異步資源加載及同步操作 107 3.5.1  使用Promise封裝HTTP異步請(qǐng)求 107 3.5.2  實(shí)現(xiàn)AsyncLoadTestApplication類 109 3.5.3  異步run函數(shù)的覆寫（override）與測(cè)試 110 3.5.4  Promise.all異步并發(fā)加載及同步操作 111 3.5.5  本書后續(xù)的資源加載及同步策略 114 3.6  本章總結(jié) 114 第4章  WebGL基礎(chǔ) 116 4.1  WebGL中的類 116 4.2  準(zhǔn)備工作 117 4.2.1  創(chuàng)建WebGLRenderingContext對(duì)象 117 4.2.2  WebGLContextAttributes對(duì)象與幀緩沖區(qū) 118 4.2.3  渲染狀態(tài) 120 4.2.4  WebGLContextEvent事件 121 4.3  基本幾何圖元繪制Demo 122 4.3.1  視矩陣、投影矩陣、裁剪和視口 122 4.3.2  GLSL ES著色語(yǔ)言 123 4.3.3  WebGLShader對(duì)象 126 4.3.4  GLSL ES精度限定符與WebGLShaderPrecisionFormat對(duì)象 128 4.3.5  WebGLProgram對(duì)象 130 4.3.6  WebGLActiveInfo對(duì)象 132 4.3.7  WebGLUniformLocation對(duì)象 134 4.3.8  WebGLBuffer對(duì)象 137 4.3.9  渲染數(shù)據(jù)存儲(chǔ)思考 140 4.3.10  Interleaved數(shù)組的存儲(chǔ)、尋址及繪制 141 4.3.11  drawArrays繪制基本幾何圖元 144 4.3.12  詳解基本幾何圖元 146 4.3.13  drawElements繪制方法 149 4.4  本章總結(jié) 152 第5章  WebGLUtilLib渲染框架 153 5.1  WebGLUtilLib框架類結(jié)構(gòu)體系 153 5.2  GLAttribState類的實(shí)現(xiàn) 155 5.2.1  預(yù)定義頂點(diǎn)屬性常量值 156 5.2.2  GLAttribState類的bit位操作 157 5.2.3  getInterleavedLayoutAttribOffsetMap方法 158 5.2.4  getSequencedLayoutAttribOffsetMap方法 160 5.2.5  getSepratedLayoutAttribOffsetMap方法 161 5.2.6  getVertexByteStride方法 162 5.2.7  setAttribVertexArrayPointer方法 163 5.2.8  setAttribVertexArrayState方法 164 5.3  GLProgram相關(guān)類的實(shí)現(xiàn) 166 5.3.1  常用的VS和FS uniform變量 166 5.3.2  GLProgram的成員變量和構(gòu)造函數(shù) 167 5.3.3  loadShaders方法 168 5.3.4  綁定和解綁GLProgram 169 5.3.5  載入uniform變量 170 5.3.6  GLProgramCache類 171 5.3.7  GLShaderSource對(duì)象 172 5.3.8  初始化常用的著色器 173 5.4  GLMesh相關(guān)類的實(shí)現(xiàn) 174 5.4.1  VAO對(duì)象與GLMeshBase類 174 5.4.2  GLStaticMesh類實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié) 175 5.4.3  GLMeshBuilder類成員變量 178 5.4.4  GLMeshBuilder類構(gòu)造方法 179 5.4.5  GLMeshBuilder類的color、texcoord、normal和vertex方法 181 5.4.6  GLMeshBuilder類的begin和end方法 184 5.5  GLTexture類的實(shí)現(xiàn) 187 5.5.1  GLTexture的成員變量和構(gòu)造函數(shù) 187 5.5.2  GLTexture類的upload方法 188 5.5.3  mipmap相關(guān)的靜態(tài)方法 189 5.5.4  GLTexture的bind / unbind、wrap和filter方法 190 5.5.5  GLTexture的createDefaultTexture靜態(tài)方法 191 5.6  本章總結(jié) 192 第6章  3D圖形中的數(shù)學(xué)基礎(chǔ) 193 6.1  坐標(biāo)系 193 6.1.1  OpenGL / WebGL中的坐標(biāo)系 193 6.1.2  左手坐標(biāo)系與右手坐標(biāo)系 194 6.2  TSM數(shù)學(xué)庫(kù) 196 6.3  向量 197 6.3.1  向量的概念 197 6.3.2  向量的大小（或長(zhǎng)度） 198 6.3.3  兩個(gè)向量之間的距離 199 6.3.4  單位向量 199 6.3.5  向量的加法 199 6.3.6  向量的減法 200 6.3.7  向量的縮放 201 6.3.8  負(fù)向量 202 6.3.9  向量的點(diǎn)乘 202 6.3.10  向量的叉乘 203 6.4  矩陣 204 6.4.1  矩陣的定義 205 6.4.2  矩陣的乘法 205 6.4.3  單位矩陣 206 6.4.4  矩陣的轉(zhuǎn)置 207 6.4.5  矩陣的行列式與求逆 207 6.5  仿射變換 208 6.5.1  平移矩陣 209 6.5.2  縮放矩陣 209 6.5.3  繞任意軸旋轉(zhuǎn)矩陣 210 6.6  視圖矩陣與投影矩陣 211 6.6.1  視圖（攝像機(jī)）矩陣 212 6.6.2  投影矩陣 213 6.7  四元數(shù) 214 6.8  平面 215 6.8.1  構(gòu)造平面 216 6.8.2  平面的單位化 217 6.8.3  點(diǎn)與平面的距離與關(guān)系 217 6.9  矩陣堆棧 218 6.9.1  構(gòu)造函數(shù)與worldMatrix屬性 219 6.9.2  矩陣的入棧、出棧及l(fā)oad方法 219 6.9.3  仿射變換操作 220 6.10  攝像機(jī) 220 6.10.1  成員變量和構(gòu)造函數(shù) 221 6.10.2  攝像機(jī)的移動(dòng)和旋轉(zhuǎn) 222 6.10.3  攝像機(jī)的更新 224 6.10.4  攝像機(jī)的相關(guān)屬性 225 6.11  WebGLCoordSystem類 227 6.12  本章總結(jié) 228 第7章  多視口渲染基本幾何體、坐標(biāo)系及文字 230 7.1  使用GLMeshBuilder多視口渲染基本幾何體 230 7.1.1  Demo的需求描述 230 7.1.2  Demo的成員變量和構(gòu)造函數(shù) 231 7.1.3  drawByMatrixWithColorShader方法繪制流程 233 7.1.4  使用INTERLEAVED頂點(diǎn)存儲(chǔ)格式繪制三角形 234 7.1.5  使用SEQUENCED頂點(diǎn)存儲(chǔ)格式繪制四邊形 235 7.1.6  使用SEPARATED頂點(diǎn)存儲(chǔ)格式繪制立方體 236 7.1.7  創(chuàng)建多視口的方法 239 7.1.8  WebGL中的紋理坐標(biāo)系 240 7.1.9  drawByMultiViewportsWithTextureShader方法繪制流程 240 7.1.10  繪制紋理立方體 242 7.1.11  實(shí)現(xiàn)Atlas紋理貼圖效果 243 7.1.12  收尾工作 245 7.2  坐標(biāo)系、文字渲染及空間變換Demo 246 7.2.1  Demo的需求描述 246 7.2.2  Demo的成員變量和構(gòu)造函數(shù) 247 7.2.3  生成單視口或多視口坐標(biāo)系數(shù)組 248 7.2.4  覆寫（override）更新和渲染虛方法 249 7.2.5  覆寫（override）鍵盤事件處理虛方法 250 7.2.6  drawFullCoordSystem方法 250 7.2.7  drawFullCoordSystemWithRotatedCube方法 252 7.2.8  DrawHelper類的drawFullCoordSystem方法 254 7.2.9  深度測(cè)試對(duì)坐標(biāo)系繪制的影響 255 7.2.10  drawText方法 256 7.2.11  MathHelper類的obj2GLViewportSpace方法 258 7.2.12  3D圖形中的數(shù)學(xué)變換流水線 258 7.3  本章總結(jié) 259 第3篇  開發(fā)實(shí)戰(zhàn) 第8章  解析與渲染Quake3 BSP場(chǎng)景 262 8.1  Q3BspApplication入口類 262 8.2  解析Quake3 BSP二進(jìn)制文件 264 8.2.1  Quake3BspParser類的常量定義 264 8.2.2  Q3BSPLump結(jié)構(gòu)定義 265 8.2.3  解析BSP文件頭 266 8.2.4  解析實(shí)體字符串?dāng)?shù)據(jù) 267 8.2.5  解析材質(zhì)數(shù)據(jù) 269 8.2.6  解析頂點(diǎn)數(shù)據(jù) 270 8.2.7  解析頂點(diǎn)索引數(shù)據(jù) 273 8.2.8  解析渲染表面數(shù)據(jù) 273 8.2.9  Quake3與WebGL坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 276 8.3  渲染Quake3 BSP場(chǎng)景 277 8.3.1  Quake3BspScene的初始化 278 8.3.2  DrawSurface對(duì)象 278 8.3.3  封裝Promise加載所有紋理 279 8.3.4  生成GLStaticMesh對(duì)象 280 8.3.5  繪制整個(gè)BSP場(chǎng)景 282 8.4  本章總結(jié) 283 第9章  解析和渲染Doom3 PROC場(chǎng)景 285 9.1  Doom3Application入口類 285 9.2  解析Doom3 PROC場(chǎng)景 286 9.2.1  Doom3詞法解析規(guī)則 287 9.2.2  IDoom3Tokenizer詞法解析器 287 9.2.3  Doom3 PROC文件格式總覽 288 9.2.4  Doom3ProcParser的parse方法 289 9.2.5  Doom3Area、Doom3Surface及Doom3Vertex類 290 9.2.6  Doom3ProcParser的_readArea方法 292 9.2.7  Doom3ProcParser的_readSurface方法 293 9.2.8  Doom3ProcParser的_readPortals方法 295 9.2.9  Doom3ProcParser的_readNodes方法 297 9.3  使用Doom3ProcScene加載和渲染PROC場(chǎng)景 298 9.3.1  RenderSurface對(duì)象 299 9.3.2  Doom3ProcScene的draw方法 299 9.3.3  Doom3ProcScene類的loadTextures方法 300 9.3.4  Doom3ProcScene的parseDoom3Map方法 301 9.4  AABB包圍盒 303 9.4.1  AABB包圍盒與OBB包圍盒的特點(diǎn) 304 9.4.2  構(gòu)建AABB包圍盒 304 9.4.3  計(jì)算AABB包圍盒的9個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)值 306 9.4.4  計(jì)算變換后的AABB包圍盒 307 9.4.5  AABB包圍盒的兩個(gè)常用碰檢算法 307 9.5  攝像機(jī)視截體 308 9.5.1  攝像機(jī)視截體的概念 308 9.5.2  Frustum類的成員變量和構(gòu)造函數(shù) 309 9.5.3  buildFromCamera方法的實(shí)現(xiàn) 310 9.5.4  讓Camera類支持Frustum 312 9.5.5  Frustum與包圍盒及三角形的可見行測(cè)試 313 9.5.6  讓GLStaticMesh支持包圍盒 314 9.5.7  更新Doom3ProcScene的draw方法 314 9.5.8  將Frustum繪制出來(lái) 315 9.5.9  Doom3ProcScene類增加包圍盒繪制方法 316 9.6  本章總結(jié) 316 第10章  解析和渲染Doom3 MD5骨骼蒙皮動(dòng)畫 318 10.1  骨骼蒙皮動(dòng)畫原理 318 10.1.1  骨骼蒙皮動(dòng)畫效果演示 319 10.1.2  骨骼蒙皮動(dòng)畫中的各種坐標(biāo)系 320 10.1.3  骨骼蒙皮動(dòng)畫數(shù)學(xué)關(guān)鍵點(diǎn)的問(wèn)答 321 10.2  解析和渲染.md5mesh文件格式 322 10.2.1  .md5mesh文件解析流程 323 10.2.2  .md5mesh中的綁定姿態(tài) 324 10.2.3  解析綁定姿態(tài) 325 10.2.4  .md5mesh中的蒙皮數(shù)據(jù) 326 10.2.5  解析蒙皮數(shù)據(jù) 329 10.2.6  計(jì)算頂點(diǎn)終位置 330 10.2.7  加載和生成紋理 331 10.2.8  繪制綁定姿態(tài)（BindPose） 332 10.3  解析和渲染.md5anim文件格式 333 10.3.1  .md5anim的解析流程 333 10.3.2  解析.md5anim中的關(guān)節(jié)層次信息 334 10.3.3  解析.md5anim中的包圍盒數(shù)據(jù) 336 10.3.4  解析.md5anim中的baseframe數(shù)據(jù) 337 10.3.5  解析.md5anim中的frame數(shù)據(jù) 338 10.3.6  幀動(dòng)作姿態(tài)結(jié)構(gòu) 339 10.3.7  MD5Anim類的buildLocalSkeleton方法 340 10.3.8  MD5Anim類的updateToModelSpaceSkeleton方法 342 10.3.9  MD5SkinedMesh類的playAnim方法 342 10.3.10  MD5SkinedMesh的drawAnimPose方法 343 10.4  實(shí)現(xiàn)MD5SkinedMeshApplication Demo 344 10.5  本章總結(jié) 346