【Android论文栏目提醒】：网学会员为广大网友收集整理了，基于Android系统3D引擎 - 硕士论文，希望对大家有所帮助！

分类号—— 密 级ＵＤＣ—— 武多萎理歹大浮 学 位 论 ‘文题 目 基王△旦垡〔Ｑｉ鱼系统墨Ｑ呈ｌ墼的设让皇实现英文Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ题 目 尘曼三旦曼ｎｇｉ壁曼曼垦墨曼亟Ｑｎ△盟亟殴ｉ亟墨Ｙ墨！曼也研究生姓名 ． ． 魏文耀 ．指导教师姓名—立＿赵一职称．—舅址学位—ｊ匠Ｌ ４３００７０申请学位级别 工堂亟士 学科专业名称 通信皇信息系统论文提交日期 ２Ｑ三２生墨且 论文答辩日期 至Ｑ至２笙墨且学位授予单位 武这理王太堂 学位授予日期答辩委员会主席．趔鱼 评阅人 型亟 隧监 ２０１２年５月 独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

    尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

    与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

     签名：鲡丝喳日期：丝噬血型兰塑Ｉ 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

    本人授权武汉理工大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存或汇编本学位论文。

    同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。

     （保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：姚导师（签名）： 武汉理工大学硕士学位论文 摘要 随着人们生活水平的提高与科学技术的高速发展，在嵌入式设备上开发３Ｄ应用程序将会成为亮点，把３Ｄ技术应用到Ａｎｄｒｏｉｄ产品中，会极大的提高产品的竞争力。

    而３Ｄ图形开发的过程中所涉及的知识相当广泛，加大了快速开发产品的难度。

    基于此问题，本文研究３Ｄ引擎技术对常用组件进行封装，以降低产品开发难度，提高开发速度。

     首先，本文分析和总结了国内外在Ａｎｄｒｏｉｄ系统上的３Ｄ引擎开发、应用现状，研究表明目前国内在Ａｎｄｒｏｉｄ系统的３Ｄ引擎的研究处于起步阶段，为此本文研究基于Ａｎｄｒｏｉｄ系统３Ｄ引擎能够缩小与国外的差距。

     然后，主要分析了基于Ａｎｄｒｏｉｄ系统３Ｄ引擎关键技术。

    先从总体上分析了在Ａｎｄｒｏｉｄ系统上３Ｄ引擎的框架结构，以及３Ｄ引擎各个部分的功能：而后，研究了向量、矩阵、四元数等三维图形学相关的数学知识；接着，分析了３Ｄ图形库ＯｐｅｎＧＬ ＥＳ固定渲染管线：最后，详细分析了光照技术、纹理映射和混合等３Ｄ技术。

     在此基础上，设计实现基于Ａｎｄｒｏｉｄ系统３Ｄ引擎。

    主要设计实现了：接口模块、数学库、天空盒、公告板、粒子系统、文字显示系统。

    文中对比了几种常见的天空模拟方法，综合效率和渲染效果，选取天空盒作为最终的实现。

    公告板技术是一个简单实用的组件，用来模拟森林、火苗、立柱。

    然后从简化物理模型和对死亡粒子的处理方式等方法上对粒子系统的算法进行了优化，并设计实现了基于粒子系统的雪景。

    最后结合了ＦｒｅｅＴｙｐｅ和ＯｐｅｎＧＬ的优势，实现了一个文字显示系统，能够实时生成文字对应图片，无需事先完成，节省了内存空间，由于使用的是ＴｒｕｅＴｙｐｅ字体，放大也不会产生模糊锯齿等现象。

     最后，在ＰＣ机上搭建Ａｎｄｒｏｉｄ系统仿真平台，测试了各个模块的功能。

    实验结果表明，天空盒能较为逼真的模型天空；粒子雪景、雨景也较为逼真的模拟，文中对比了粒子系统算法改进前后，帧率有明显提升；文字显示系统能够清晰、无锯齿的在三维空间中显示多种中文字体。

    本文中采用Ｃ／Ｃ＋＋作为编程语言，执行效率高于Ｊａｖａ语言，适合于在嵌入式Ａｎｄｒｏｉｄ设备上开发３Ｄ应用程序。

    因此本文研究基于Ａｎｄｒｏｉｄ系统的３Ｄ引擎技术，能够使开发更加便捷、高效。

    关键词ｌ Ａｎｄｒｏｉｄ ３Ｄ引擎ＯｐｅｎＧＬ ＥＳ粒子系统ＦｒｅｅＴｙｐｅ 武汉理工大学硕士学位论文 Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｐｅｏｐｌｅ’Ｓ ｌｉｖｉｎｇ ｓｔａｎｄａｒｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ３Ｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｗｉｌｌ ｂｅ ｔｈｅ ｈｉｇｈｌｉｇｈｔ ｏｎｅｍｂｅｄｄｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｕｓｅｄ ３Ｄ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｉｌｌ ｇｒｅａｔｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅｃｏｍｐｅｔｉｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｐｒｏｄｕｃｔｓ．Ｂｕｔ，３Ｄ ｇｒａｐｈｉｃｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｉｎｖｏｌｖｅｓ ａ ｗｉｄｅｒａｎｇｅ ｏｆ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ，ＳＯ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ３Ｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｓ ｖｅｒｙ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ．Ｂａｓｅｄ ｏｎｔｈｉｓ ｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｒｅｓｅａｒｃｈ ｔｈｅ ３Ｄ ｅｎｇｉｎｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｐａｃｋａｇｅ ｃｏｍｍｏｎｌｙ ｕｓｅｄｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ ｔｏ ｒｅｄｕｃｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｅｆｆｏｒｔ ａｎｄ ｔｏ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｓｐｅｅｄ． Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｚｅｓ ａｎｄ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ３Ｄ ｅｎｇｉｎｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅＡｎｄｒｏｉｄ ｓｙｓｔｅｍ ａｔ ｈｏｍｅ ａｎｄ ａｂｒｏａｄ，ａｎｄ ｐｏｉｎｔｅｄ ｏｕｔ ｔｈａｔ ｄｏｍｅｓｔｉｃ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｉｎ ｔｈｅＡｎｄｒｏｉｄ ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ ３Ｄ ｅｎｇｉｎｅ ｉｎ ｉｔｓ ｉｎｆａｎｃｙ，ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｓｔｕｄｉｅｓ ｔｈｅ ３Ｄ ｅｎｇｉｎｅ ｂａｓｅｄｏｎ ｔｈｅ Ａｎｄｒｏｉｄ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｎａｒｒｏｗ ｔｈｅ ｇａｐ、析ｔｌｌ ｆｏｒｅｉｇｎ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ． Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｎａｌｙｚｅｓ ｔｈｅ ｋｅｙ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ３Ｄ ｅｎｇｉｎｅ．Ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｆｒａｍｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄ ｖａｒｉｏｕｓ ｐａｒｔｓ ａｂｏｕｔ ３Ｄ ｅｎｇｉｎｅ ｏｎ ｔｈｅ Ａｎｄｒｏｉｄ ｓｙｓｔｅｍ；Ｆｏｌｌｏｗ，３Ｄ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｋｎｏｗｌｅｄｇｅ，ｖｅｃｔｏｒ，ｍａｔｒｉｘ ａｎｄ ｑｕａｔｅｒｎｉｏｎ，Ｗａｓ ａｎａｌｙｓｉｓｅｄ；Ｔｈｅｎ ｗｅ ａｎａｌｙｚｅｄ ｔｈｅ ｆｉｘｅｄ ｒｅｎｄｅｒｉｎｇ ｏｆ ３Ｄ ｇｒａｐｈｉｃｓ ｌｉｂｒａｒｙ ＯｐｅｎＯＬ ＥＳ ｐｉｐｅｌｉｎｅ；Ｆｉｎａｌｌｙ，ａ ｄｅｔａｉｌｅｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｌｉｇｈｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｔｅｘｔｕｒｅ ｍａｐｐｉｎｇ ａｎｄ ｂｌｅｎｄｉｎｇ ３Ｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ． Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｏｂｊｅｃｔｉｖｅ ｏｆ ｔｈｉｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｆｏｃｕｓｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ａ３Ｄ ｅｎｇｉｎｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ａｎｄｒｏｉｄ ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ ｍａｉｎ ｍｏｄｕｌｅｓ ａｌｅ：Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ Ｍｏｄｕｌｅ，ｔｈｅ ｍａｔｈ ｌｉｂｒａｒｙ，ｓｋｙ ｂｏｘ，ｂｉｌｌｂｏａｒｄｉｎｇ，ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｙｓｔｅｍｓ，ｔｅｘｔ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ．Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ｓｅｖｅｒａｌ ｃｏｍｍｏｎ ｓｋｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅ ｏｖｅｒａｌｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ａｎｄｒｅｎｄｅｒｉｎｇ，ｓｅｌｅｃｔ ｔｈｅ ｓｋｙ ｂｏｘ ａｓ ａ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ．Ｂｉｌｌｂｏａｒｄｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｓ ａ ｓｉｍｐｌｅ ａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ，ｕｓｅｄ ｔｏ ｓｉｍｕｌａｔｅ ｔｈｅ ｆｏｒｅｓｔ，ｆｉｒｅ，ｃｏｌｕｍｎｓ．Ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｙｓｔｅｍａｌｇｏｒｉｔｈｍ Ｗａｓ ｏｐｔｉｍｉｚｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｒｏａｃｈ ｏｆ ｄｅａｔｈｐａｒｔｉｃｌｅ，ｄｅｓｉｇｎｅｄ ａｎｄ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｓｎｏｗ ｓｃｅｎｃｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｙｓｔｅｍ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ＦｒｅｅＴｙｐｅ ａｎｄ ＯｐｅｎＧＬ，ｔｈｅ ｔｅｘｔ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ Ｃａｎ ｇｅｎｅｒａｔｅｒｅａｌ－ｔｉｍｅ ｔｅｘｔ ｐｉｃｔｕｒｅｓ，ｗｉｔｈｏｕｔ ｐｒｉｏｒ ｃｏｍｐｌｅｔｅｄ，ｓａｖｉｎｇ ｍｅｍｏｒｙ ｓｐａｃｅ．Ｗｈｅｎｍａｇｎｉｆｉｅｄ，ｉｔ ｗｏｕｌｄ ｎｏｔ ｐｒｏｄｕｃｅ ｐｈｅｎｏｍｅｎａ ｓｕｃｈ ａｓ ｆｕｚｚｙ ａｎｄ ｚｉｇｚａｇ，ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｕｓｅ一一 武汉理工大学硕士学位论文 一—————－—●－－－－＿－－＿—－＿—●＿—＿＿—＿－－—————－—－＿－—－－—－＿＿＿＿—＿＿—＿－＿●＿＿＿＿＿●＿—●———＿——一ｏｆ ＴｒｕｅＴｙｐｅ ｆｏｎｔｓ． Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｏｆ ｔｈｅ Ａｎｄｒｏｉｄ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｂｕｉｌｄ，ｗｈｉｃｈ ｔｏ ｔｅｓｔｔｈｅ ｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏｆ ｅａｃｈ ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｋｙ ｂｏｘ ｃａｎ ｂｅｍｏｒｅ ｒｅａｌｉｓｔｉｃ；ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｎｏｗ ａｎｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ ｒａｉｎ ａｒｅ ａｌｓｏ ｍｏｒｅ ｒｅａｌｉｓｔｉｃ。

    ｉｎ ｃｏｎｔｒａｓｔ ｔｏ ｔｈｅｆｒａｍｅ ｒａｔｅ ｈａｓ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙ ｂｅｆｏｒｅ ａｎｄ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｔｈｅ ｐａｒｔｉｃｌｅｓｙｓｔｅｍ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ；ｔｅｘｔ ｄｉｓｐｌａｙ ｓｙｓｔｅｍ ｔｏ ｂｅ ａｂｌｅ ｔｏ ｃｌｅａｒ ｔｈｅ ｊａｇｇｅｄ ｔｈｒｅｅ．ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｐａｃｅ ｄｉｓｐｌａｙ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，Ｃ／Ｃ＋＋ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｌａｎｇｕａｇｅ Ｗａｓ ｕｓｅｄ，ＳＯ ｔｈｅｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｈａｓ ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｗｈｉｃｈ ｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ３Ｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｄｅｖｉｃｅｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ａｎｄｒｏｉｄ ｓｙｓｔｅｍ’ｓ ３Ｄｅｎｇｉｎｅ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｗｉｌｌ ｅｎａｂｌｅ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｍｏｒｅ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ａｎｄ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ａｎｄｒｏｉｄ，３Ｄ ｅｎｇｉｎｅ，ＯｐｅｎＧＬ ＥＳ，Ｐａｒｔｉｃｌｅ ｓｙｓｔｅｍ，ＦｒｅｅＴｙｐｅ 武汉理工大学硕士学位论文 目 录第１章绪论……………………………………………………………………………ｌ １．１课题研究背景及意义…………………………………………………………．１ １．２国内外研究现状…………………………………………………………………２ １．３论文的工作及章节安排………………………………………………………．３第２章３Ｄ引擎关键技术分析………………………………………………………５ ２．１ ３Ｄ引擎…………………………………………………………………………．．５ ２．１．１ ３Ｄ引擎结构………………………………………………………………一５ ２．１．２基于Ａｎｄｒｏｉｄ系统３Ｄ引擎结构…………………………………………６ ２．１．３ Ａｎｄｒｏｉｄ系统中的ＪＮＩ技术………………………………………………。

    ７ ２．２ ３Ｄ数学模型……………………………………………………………………８ ２．２．１向量………………………………………………………………………………………………．．８ ２．２．２矩阵………………………………………………………………………………………………。

    ９ ２．２．３四元数……………………………………………………………………………………………．９ ２．３ ＯｐｅｎＧＬ ＥＳ…………………………………………………………………………………………．．１ １ ２．４ ＯｐｅｎＧＬ ＥＳ渲染管线……………………………………………………………ｌｌ ２．４．１固定管线渲染流程………………………………………………………ｌｌ ２．４．２光照技术…………………………………………………………………１ ３ ２．４．３纹理映射……………………………………………………………………．１ ５ ２．４．４混合………………………………………………………………………………………………ｌ ６ ２．５本章小结………………………………………………………………………．１７第３章３Ｄ引擎设计与实现…………………………………………………………．１ ８ ３．１ ３Ｄ引擎需求分析…………………………………………………………………１８ ３．２接口模块设计与实现……………………………．．．……………………………１ ８ ３．３基本数学库实现………………………………………………………………．１９ ３．４渲染系统………………………………………………………………………．．２２ ３．４．１视窗模型………………………………………………………………………２２ ３．４．２天！空………………………………………………………………………………………………２：Ｉ ３．４．３公告板………………………………………………………………………２６ 武汉理工大学硕士学位论文 ３．５粒子系统………………………………………………………………………２８ ３．５．１粒子系统原理……………………………………………………………一２９ ３．５．２基于粒子系统的雪景设计………………………………………………３０ ３．５．３基于粒子系统的雪景实现………………………………………………．３１ ３．５．４粒子系统改进算法………………………………………………………．３４ ３．６文字显示系统…………………………………………………………………３５ ３．６．１ ＦｒｅｃＴｙｐｅ…………………………………………………………………………………………３５ ３．６．２ ＦｒｅｅＴｙｐｅ主要接口介绍…………………………………………………．３６ ３．６．３基于ＦｒｅｅＴｙｐｅ文字生成…………………………………………………３７ ３．６．４滚动文字实现……………………………………………………………。

    ３９ ３．７本章小结………………………………………………………………………４０第４章仿真及结果分析……………………………………………………………．４１ ４．１仿真平台搭建…………………………………………………………………４ｌ ４．２实验效果及结果分析…………………………………………………………．４２ ４．２．１天空盒……………………………………………………………………４２ ４．２．２粒子场景…………………………………………………………………．４３ ４．２．３文字显示…………………………………………………………………．４８ ４．３本章小结………………………………………………………………………．５０第５章总结与展望…………………………………………………………………．５ ｌ ５．１全文工作总结…………………………………………………………………５ ｌ ５．２下一步工作展望………………………………………………………………５２致谢…………………………………………………………………………………………………………．５３参考文献……………………………………………………………………………．５４ 武汉理工大学硕士学位论文 第１章绪论１．１课题研究背景及意义 本课题“基于Ａｎｄｒｏｉｄ系统３Ｄ引擎”是在某公司３Ｄ ＵＩ开发项目中提出来的。

     随着计算机技术的发展，硬件性能可谓是突飞猛进，软件日新月异、丰富多彩。

    计算机的发展同时促使了图形学飞速发展，现在各行业中的都有广泛的应用，而且三维计算机图形学的时代已经到来，三维图形已经深入到我们生活工作的方方面面ＩｌＪ。

    随着社会的进步，用户对游戏、用户界面等的视觉效果要求越来越高，如今三维游戏、三维用户界面已经是一个不可逆转的趋势。

     三维图形开发过程中经常要涉及大量的算法、计算机图形学和图形库（ＡＰＩ）的知识【２】【３】，因此要快速开发三维应用程序是有相当的困难的，就需要一个封装了硬件操作和图形库的开发环境，这个环境对于应用开发人员来说，简单易用、功能丰富，不需要知晓计算机图形学的实现细节。

    这样的一个开发环境可以被称作为三维引擎（即３Ｄ引擎）。

     ３Ｄ引擎是软件工程中的软件复用思想在３Ｄ场景开发中的表现形式之一。

    它把最常用、核心的功能进行了有效的封装，形成通用的框架模块。

    这样，场景开发人员就可以不必去关心场景的底层实现细节，而直接调用３Ｄ引擎提供的现成功能，在短时间内高质量地开发出新场景新游戏【４１１５１。

    总的来说引擎应当具有以下几个特点： （１）驱动性：在功能上支持某方面应用，但是实现细节却是依赖于应用。

     （２）完整性：完整的实现某个功能。

     （３）独立性：不依赖于某一个具体的应用程序。

    【６胴 ３Ｄ引擎技术不仅在游戏领域有了广泛深入的发展，而且在虚拟现实、建筑虚拟、城市规划、房地产开发、教育等各方面都有广泛的实际应用。

    ＩＳ】 随着嵌入式设备的性能提高和３Ｄ图形技术在嵌入式领域的应用，在嵌入式设备上开发３Ｄ场景和３Ｄ游戏将会成为一个新的亮点。

    经过多年的发展，无论从技术上还是市场消费趋势，智能手机已经成为手机发展的主要潮流。

    而当下的手机系统中，Ａｎｄｒｏｉｄ无疑是最流行，也是最受大家欢迎的一款手机操作系统。

     武汉理工大学硕士学位论文由于Ａｎｄｒｏｉｄ系统底层是基于Ｌｉｎｕｘ内核的，而且是开源、免费向广大用户开放，因此它很快得到了广大开发者和众多手机厂商的支持ｆ９】。

    因此对基于Ａｎｄｒｏｉｄ系统的３Ｄ引擎的研究势在必行，能够使开发更加便捷、高效。

    １．２国内外研究现状 目前，国外研究嵌入式３Ｄ游戏引擎的热情是非常活跃的。

    国外研究三维游戏引擎的公司主要有，３Ｄ Ｒｅａｌｍｓ，Ｉｄ Ｓｏｆｔｗａｒｅ，Ｖａｌｖｅ等等【ｌ们，这些公司研发了一批非常优秀的三维引擎，大家熟知的有Ｑｕａｋｅ，Ｑｕａｋｅ ＩＩ，ＱｕａｋｅＩＩＩ，Ｈａｌｆ－Ｌｉｆｅ等等。

    自２０００年后，随着游戏产业的发展，相继出现了很多开源的游戏引擎开发组织，也研发出了一些非常优秀的开源游戏引擎，如ＯＲＧＥ、Ｉｒｒｌｉｃｈｔ等等。

    【ｌｌ】虽然开源引擎在品质上无法与商业引擎相比，但其免费性和开源性的优势，受到大批人士的热捧。

    商业引擎和开源引擎共同推动了三维游戏引擎的发展和壮大。

     麻省理工学院（ＭＩＴ）是一个一直走在最新技术前沿的科学研究机构。

    ＭＩＴ原先就是研究人工智能、机器人和计算机图形学以及动画的先锋。

    这些技术都是虚拟技术（ＶＲ）的基础。

    １９８５年成立了媒体实验室，进行虚拟环境的正规研究。

    媒体实验室建立了一个名叫ＢＯＬＩＯ的测试环境，用于进行不同图形仿真技术的实验。

    利用这一环境，ＭＩＴ建立了一个虚拟环境下的对象运动跟踪动态系统。

    【１２】 ＳＲＩ研究中心建立了“视觉感知计划”，研究现有ＶＲ技术的进一步发展。

    １９９１年后，ＳＲＩ进行了利用ＶＲ技术对军用飞机或车辆驾驶的训练研究。

    另外，ＳＲＩ还利用遥控技术进行外科手术仿真的研究。

    【１２】 著名的Ｆａｔｈａｍｍｅｒ公司开发的Ｘ．Ｆｏｒｇｅ引擎拥有一套全面的开发技术和工具集，使它能够在多种现有的嵌入式平台上开发出高品质的３Ｄ游戏。

    Ｘ．Ｆｏｒｇｅ采用了两层构架，底层提供硬件抽象和对操作系统的支持，上层提供与平台无关的３Ｄ图形场景管理和游戏世界管理模式。

    Ｘ．Ｆｏｒｇｅ ２引擎对开发者来说更加易于使用，更加注重于美术工具，实现更逼真的３Ｄ效果。

    Ｘ．Ｆｏｒｇｅ ２引擎仍然保留了上一版的模块可裁剪性，因此引擎有很大的灵活性。

    【１３１ 随着Ａｎｄｒｏｉｄ系统的发展，在Ａｎｄｒｏｉｄ系统上也已经涌现出一批非常小巧实用的图形引擎，如ＥＳ３Ｄ、Ｃａｔｃａｋｅ、Ｒｏｋｏｎ、Ｌｉｂｇｄｘ等。

    实质上ＥＳ３Ｄ都不能算是一个引擎只是对ＯｐｅｎＧＬ ＥＳｔｌ４】【１５ｌ【１６１做了一个简单的封装；Ｃａｔｃａｋｅ是一款跨平 ２ 武汉理工大学硕士学位论文台的Ｊａｖａ ３Ｄ图形引擎；Ｒｏｋｏｎ和Ｌｉｂｇｄｘ是Ａｎｄｒｏｉｄ ２Ｄ游戏引擎；从实现上来看这些游戏引擎都较为简单，长远看很难满足后续的发展。

     随着游戏产业的迅猛发展，国内开发拥有自主知识产权的３Ｄ游戏引擎，特别是３Ｄ图形引擎的呼声越来越高，因为３Ｄ图形引擎是整个３Ｄ游戏产业的核心技术【ｌ‘７１，它的发展总是伴随着计算机软硬件领域的最新研究成果，其品质的高低直接决定着游戏质量和价值。

     就国内情况而言，２０００年后，出现了一些独立自主研发游戏引擎的企业，但是都是投入不大，很难与国外相比，如金山、巨人网络和网易等互联网公司１１８】。

    国内研发的手机３Ｄ游戏引擎的有：龙骨（Ｄｒａｇｏｎ Ｂｏｎｅ）是北京数位红软件应用技术有限公司；Ｘ．Ｆａｃｔｏｒｙ是天津市天大北洋软件开发有限公司开发的基于Ｓｙｍｂｉａｎ平台的高性能手机游戏开发引擎。

    【Ｉ９】但是国内大部分的游戏开发公司都采用国外的游戏引擎，或者是在开源引擎的基础上进行开发，对３Ｄ游戏图形引擎的研究还是停留在初级阶段，大多仅限于使用现成的３Ｄ引擎，来开发３Ｄ应用程序、游戏等等，目前无法与国外的３Ｄ引擎相抗衡，使得开发成本大幅度增加，阻碍了在国际市场上与国外的竞争。

     当下，嵌入式设备的软硬件性能越来越高，３Ｄ图形技术应用越来越广泛，以及Ａｎｄｒｏｉｄ系统的迅速发展，在Ａｎｄｒｏｉｄ上开发３Ｄ场景和３Ｄ游戏的需求将会越来越大【２们，因此对于Ａｎｄｒｏｉｄ系统上的３Ｄ引擎的研究将是研究的热点，而且具有明显的现实意义。

    １．３论文的工作及章节安排 本文在Ａｎｄｒｏｉｄ系统的基础上较为全面的介绍了３Ｄ图形引擎的结构、功能以及相关的３Ｄ关键技术，并且给出了关键技术的实现方法。

    本文是在充分研究了ＯｐｅｎＯＬ ＥＳ ３Ｄ图形库的基础上，理论结合实践，对关键部分大场景渲染进行了详细的论述。

    还介绍了在Ａｎｄｒｏｉｄ系统上Ｃ／Ｃ＋＋３Ｄ引擎的架构等。

     本文的创新点是在Ａｎｄｒｏｉｄ嵌入式系统上实现了一个大场景绘制的图形引擎。

    在本文中没有采用Ａｎｄｒｏｉｄ系统的Ｊ２ＭＥ的原因是，Ｊａｖａ程序执行效率低下，Ｃ／Ｃ＋＋更适合于在嵌入式设备上开发３Ｄ应用程序，底层采用的是ＯｐｅｎＧＬ ＥＳ标准，这样能够实现高效性和与具体的硬件设备无关，方便于更新升级。

     本文中的具体章节安排如下： 第一章主要介绍了３Ｄ引擎的基本概念，３Ｄ引擎国内外研究发展现状，后 ３ 武汉理工大学硕士学位论文面介绍了论文的主要工作和创新点，给出了论文各章节的安排； 第二章主要详细研究了３Ｄ引擎技术。

    ３Ｄ引擎的构架以及在Ａｎｄｒｏｉｄ系统上３Ｄ引擎的构架进行详尽介绍；研究了３Ｄ数学相关知识、３Ｄ图形ＡＰＩ，以及三维图形库ＯｐｅｎＧＬ渲染技术。

     第三章主要是实现３Ｄ引擎关键技术。

    设计实现了３Ｄ引擎与Ａｎｄｒｏｉｄ系统的接口模块，以及几个重要的组件：数学库、天空盒、公告板、粒子系统、文字显示系统。

     第四章主要是搭建Ａｎｄｒｏｉｄ系统仿真平台以及对实验结果进行分析。

     第五章主要是对全文的总结和未来工作的展望。

    对全文进行总结，之后指出文中需要进一步完善的地方，最后展望后续研究工作。

     ４ 武汉理工大学硕士学位论文 第２章３Ｄ引擎关键技术分析 ３Ｄ引擎是３Ｄ游戏或者３Ｄ应用程序中最关键的一个部分，有超过５０％的ＣＰＵ时间是花费在图形渲染上面的【２１１。

    若是没有３Ｄ引擎我们将什么都看不到，３Ｄ引擎让整个场景可以看得见摸得着，用户可以通过显示的状态进行选择，完成想要的操作。

    ２．１ ３Ｄ引擎 ３Ｄ引擎是３Ｄ应用程序的核心代码，能够控制整个程序的执行流程。

    对三维图形库进行了有效的封装，因此开发人员不需要花太多的时间和精力去关注系统构架、资源加载、内存使用、以及如何调用三维图形ＡＰＩ（应用程序接口）进行图形绘制，从而可以节省大量的时间缩短３Ｄ应用程序的开发时间。

    ２．１．１ ３Ｄ引擎结构 ３Ｄ引擎主要功能模块基本上包括：场景管理，ＧＵＩ系统，交互系统，内存管理系统，资源管理系统，数学库，调试系统，３Ｄ图形库等八部分。

    如图２．１所示： 核心模 场景管理 ＧｕＩ系统Ｉ Ｉ交互系统 （ＳｃｅｎｅＮｅｍａｇｅｒ） ｌ粒子系统ｌ｜文字显示系统Ｉ ｌ模型管理 网网回网 ｒ。

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