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Y L F M A E T Y L F M A E T Team-Fly® Team-Fly® Advanced Linux 3D Graphics Programming Norman Lin Wordware Publishing, Inc. LibraryofCongressCataloging-in-PublicationData Lin,Norman. AdvancedLinux3Dgraphicsprogramming/byNormanLin. p. cm. Includesindex. ISBN 1-55622-853-8(pbk.) 1. Computergraphics. 2. Linux. 3. Three-dimensionaldisplaysystems. I. Title. T385.L5555 2001 006.6'93--dc21 2001026370 CIP ©2001,WordwarePublishing,Inc. AllRightsReserved 2320LosRiosBoulevard Plano,Texas75074 Nopartofthisbookmaybereproducedinanyformorby anymeanswithoutpermissioninwritingfrom WordwarePublishing,Inc. PrintedintheUnitedStatesofAmerica ISBN1-55622-853-8 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0106 BlenderisaregisteredtrademarkofNotaNumberB.V. Otherproductnamesmentionedareusedforidentificationpurposesonlyandmaybetrademarksoftheirrespectivecompanies. AllinquiriesforvolumepurchasesofthisbookshouldbeaddressedtoWordwarePublishing,Inc.,attheabove address.Telephoneinquiriesmaybemadebycalling: (972)423-0090 iii Contents Acknowledgments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . x Preface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xi Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . xii Chapter 1 Basic Linux 3D Graphics Concepts . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 2DGraphicsFundamentals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 3DGraphicsFundamentals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3 3DCoordinateSystemsandVectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4 PerspectiveProjection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5 Matrices . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 SpecificMatrixTransformations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 OtherMatrixProperties . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 Thel3dLibraryClasses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 Samplel3dProgram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 l3dDirectoryStructure . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12 TheFive-StepProcessofl3dPrograms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 Overviewofl3dClasses . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 ApplicationsandEvents. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19 2DGraphics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 ConcreteFactoryManagement . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24 SpecifyingGeometryandBehavior. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 Fixed-andFloating-PointMath. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 Summaryofl3dClasses. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 LinuxProgrammingTools. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 Linux3DModeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 BlenderInterfaceandCommands . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33 ExportingandImportingBlenderModels. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36 Summary. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 Chapter 2 Rendering and Animation Techniques for 3D Polygons . . . . . . 39 VertexAnimationand3DMorphing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 SampleProgram:morph3d. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40 Lighting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 MathematicalModelsforComputingLight. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 SelfLighting. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 AmbientLighting . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 DiffuseReflection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 SpecularReflection . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 MultipleLightSourcesandComponents. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57 RadiosityandRayTracing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 DynamicorStaticLightingComputations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58 Fog. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59 RenderingTechniquesforDrawingLight. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 FlatShading. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 iv Contents GouraudShading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 PhongShading . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 LightMaps . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63 TextureMapping. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 Step1:DefineaTexture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 StoringTextureData . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66 ClassesforLoadingTexturesfromDisk . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 PracticalIssuesinDealingwithTextureImageFiles. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73 Step2:DefineaTextureSpace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74 Step3:MapBetweenTextureSpaceandWorldSpace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 Calc:ASymbolicAlgebraPackage. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 StartingandExitingCalc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 79 Stack-BasedComputation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 EnteringandEditingMathematicalEntities . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 SolvingSystemsofEquations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 SolvingtheTextureMappingEquationswithCalc. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86 Step4:ReverseProjectfromScreenCoordinatesintoTextureCoordinates. . . . . . . . . . 89 Step5:MapTextureCoordinatestoIntegerIndicesandDraw. . . . . . . . . . . . . . . . . 92 AnOptimizedTextureMappingStrategy:u/z,v/z,1/z. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93 TheDivisionOperationandTextureMapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 AssociatingTextureswith3DPolygons. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 96 RasterizationClassesfor3DPolygons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 AnAbstract3DRasterizer:l3d_rasterizer_3d . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98 ASoftware3DRasterizerImplementation:l3d_rasterizer_3d_sw_imp . . . . . . . . . . 101 AMesa/OpenGL3DRasterizerImplementation:l3d_rasterizer_3d_mesa_imp. . . . . . 115 SampleProgram:textest . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 129 LightMappingRevisited. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135 SoftwareLightMapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 Surfaces . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 136 SurfaceCache . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141 LightMappedPolygons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 142 SoftwareRasterizationofLightMaps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 HardwareLightMapping. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147 SampleProgram:lightmap . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151 ShadowsandLightMaps. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160 Chapter 3 3D Modeling with Blender. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 Tutorial:CreatingandExportingCompatible,Textured3DMorphTargets . . . . . . . . . . . 161 TheStartingMorphMesh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 162 InsertingTwoMorphTargetsintoBlender. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163 DeformingtheMesh . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165 ApplyingaTextureandAssigningTextureCoordinates. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167 TestingtheMorphinBlender. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 ExportingtheTwoMorphTargets . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173 ExportingtheTextureInformation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174 ImportingtheMorphTargetsintoaProgram . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175 Tutorial:UsingInverseKinematicsandRoto-scopingtoModela WalkingHumanFigure. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180 InverseKinematics:Definition. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181 CreatinganIkaChaininBlender. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 Contents v WorkingwithIkaChains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183 CreatingtheArmIkas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184 CreatingtheMainBodyIka . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 ParentingtheIkasintoaHierarchy. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185 TestingtheIkaChains . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187 AnimatingtheIkaChains. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188 ConnectingIkaChainsandMeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 189 TexturingandExportingtheModel . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 190 ImportingtheTexturedIkaMeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192 RotoscopingandInverseKinematics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197 ProgrammingIKandFK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201 Chapter 4 Visible Surface Determination I: General Techniques . . . . . . 203 TheGoalsofVSD . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204 Back-FaceCulling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207 3DConvexityandBack-FaceCulling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 SampleProgram:backface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209 Classl3d_World_Backface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214 ViewFrustumCulling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 DefiningaViewFrustum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218 ComputingtheFrustuminWorldCoordinates . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220 Classl3d_Viewing_Frustum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221 UsingtheFrustumPlanes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 HierarchicalViewFrustumCulling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223 BoundingSpheresandtheViewFrustum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225 ComputingBoundingSpheres. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227 Classl3d_bounding_sphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228 OtherBoundingVolumes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231 ClippingAgainsttheViewFrustum . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 SampleProgram:frustum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 233 Classl3d_World_Frustum. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 236 ThePainter’sAlgorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 242 TheZBufferAlgorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 GeneralObservationsabouttheZBuffer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 ASoftwareZBuffer:Classl3d_rasterizer_3d_zbuf_sw_imp. . . . . . . . . . . . . . . . . 248 Mesa/OpenGLZBuffering. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 257 FactoryManagerforZBufferedRasterizers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 261 SampleProgram:texzbuf . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 263 ZBuffer-likeAlgorithms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 264 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 266 Chapter 5 Visible Surface Determination II: Space-partitioning Techniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . 267 BinarySpacePartitioningTrees,Octrees,andRegularSpatialPartitioning. . . . . . . . . . . 267 UsingaBSPTreetoPartiallyPre-sortPolygons . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 271 ChoosingaSplittingPlane. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 272 Back-to-FrontRendering(Painter’sAlgorithmRevisited) . . . . . . . . . . . . . . . . . 274 Front-to-BackRendering . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 CombiningBSPTreesandBoundingVolumes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 275 SampleProgram:bsp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 276 vi Contents Classesl3d_halfspaceandl3d_bsptree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 277 Classl3d_world_bsptree. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 286 TheMainProgram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 290 TheWorldDatabase,Revisited . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 LeafyBSPTrees:AutomaticConvexPartitioningofSpace. . . . . . . . . . . . . . . . . . 293 CreatingaLeafyBSPTree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 295 MethodsforLeafyBSPTreesinClassl3d_bsptree. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 296 SampleProgram:leafybsp. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 297 Axis-alignedBSPTreesandMiniBSPTrees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 302 BSPTreeasaMulti-resolutionSolid-ModelingRepresentation . . . . . . . . . . . . . . . 303 BSPTreesandDimensionIndependence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 Octrees. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 306 RegularSpatialPartitioning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 PortalsandCells . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 TheMainIdeasBehindthePortalAlgorithm . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 308 RenderingaPortalWorld. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 310 ObservationsaboutthePortalScheme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 PortalsasaConnectivityGraph. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 AdvantagesandDisadvantages . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 313 Back-FaceCulling. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 Clipping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 314 ConvexityorNon-Convexity . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 315 MovingtheCameraandObjectsWithinaPortalEnvironment. . . . . . . . . . . . . . . 315 PortalsandtheNearZPlane. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 316 Shadows . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 318 Mirrors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 320 PortalsandOtherRenderingMethods. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 321 ClassesforPortalsandSectors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 Classl3d_polygon_3d_portal . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 322 Classl3d_sector . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 323 Classl3d_world_portal_textured_lightmapped_obj. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 329 Classl3d_rasterizer_2d_sw_lighter_imp . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 344 Classl3d_pipeline_world_lightmapped. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 351 SampleProgram:porlotex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 353 OtherVSDAlgorithms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 356 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 357 Chapter 6 Blender and World Editing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 359 WorldEditing. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 NoWorldEditor. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 360 WriteYourOwnWorldEditor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 361 AdaptanExistingEditor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 362 UsingBlenderforPortalWorlds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 363 MainIdeasofaBlenderPortalWorldEditor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 364 Step-by-StepGuidetoWorldDesign. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 367 DataFlowwithintheWorldEditingSystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 368 CreatingSectorsandPortals. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 369 Tutorial:CreatingAlignedPortalsviaExtrusionandSeparation . . . . . . . . . . . . . . . 371 Tutorial:AligningPortalsfromSeparateMeshes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 374 TipsforWorkingwithPortals . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 382 Portalization:GeneratingPortalConnectivity. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 385 Contents vii PerlScripts . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 387 ArchitectureofthePerlPortalizationSystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 389 StructuralModules. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 390 ParsingandGeneratorModules . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 415 ControllingScripts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 429 EmbeddingLocation,Orientation,Texture,Actor,andOtherInformationintoMeshes. . . . . 430 BasicIdeasofAssociatingAttributeswithObjects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 431 StoreanID,Location,andOrientationinOverlappingEdges . . . . . . . . . . . . . . . 431 TheToolBlend_at:RemoteControlofBlender. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 433 ConfigurationandTestingofblend_at . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 434 SpecificMeshAttributesUsedbythePortalizationSystem. . . . . . . . . . . . . . . . . . 437 TheNameAttribute . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437 TheTypeAttribute. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437 AttributesforSectors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 437 AttributesforActors. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 439 ParsingofAttributesbyVidscParser.pmandvidinfo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 440 ProgramListingsforblend_at . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 446 Classvertex . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447 Classblender_config. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 447 Classblender_controller. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 448 Classblender_xcontroller . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 449 Tutorial:CreatingaTexturedRoomwithActors . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 463 TipsforWorkingwithAttributes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 473 SummaryofBlenderandPortalWorlds. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 474 OtherWorldEditingIdeas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 PortalizedRegularSpatialPartitioning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 475 BSPTreeandOctree . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476 Non-convexSector-basedPartitioning. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 476 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 478 Chapter 7 Additional Graphics Techniques. . . . . . . . . . . . . . . . . . 479 SpecialEffects . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 479 EnvironmentMapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 480 Billboards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 484 LensFlare. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 486 ParticleSystems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 487 PhysicsandParticleSystems . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 488 Real-TimeUpdate . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 489 SampleProgram:particle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 490 CommentsontheSampleProgram’sPhysics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496 SomeIdeasforYoutoTry. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 496 NaturalPhenomena . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 497 BumpMapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 499 Multi-passTechniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 500 AdvancedTechniques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501 CurvedSurfaces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 501 LevelofDetail . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 505 Billboards . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 EdgeCollapse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 506 BSPTree. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 507 TextureLODTechniques:MIPMapping . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 508 viii Contents Landscapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509 StoringLandscapesasHeightFields . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 509 GeneratingFractalLandscapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 510 RenderingandLODTechniquesforLandscapes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 511 CameraTracking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 512 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 513 Chapter 8 Non-Graphical Techniques for Games and Interactive Environments . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515 Sound. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 515 BasicsofDigitalSound. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 516 TheRPlayServer . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 519 UsingTCP/IPNetworkingtoCommunicatewiththeServer . . . . . . . . . . . . . . . . . 520 Classl3d_sound_client . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 521 Classl3d_sound_server_rplay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 522 TCP/IPNetworking . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524 TheClient. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524 TheServer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 526 RunningtheSampleServerandClient. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529 Non-BlockingOperations. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 529 WhatDatatoSend . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530 CollisionDetection. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 530 IntersectionTestingandBoundingVolumes. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 531 Sphere-to-Sphere. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532 Ray-to-Polygon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 532 Ray-to-Sphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 535 Sphere-to-Polygon. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 536 TunnelingandSweepTests. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 538 MultipleSimultaneousCollisionsandCollisionResponse . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541 AllowingPenetration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 541 AvoidingPenetrationwithTemporalSearch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 542 Classl3d_collidable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 543 Classl3d_collidable_sphere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 544 Classl3d_polygon_3d_collidable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 548 Classl3d_polygon_3d_textured_lightmapped_collidable. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 551 Classl3d_camera_collidable . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 552 Classl3d_world_portal_textured_lightmapped_obj_colldet . . . . . . . . . . . . . . . . . 553 Plug-inObjectSeeker,Classl3d_plugin_videoscape_mesh_seeker . . . . . . . . . . . . . 563 SampleProgram:collide . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 574 MoreAdvancedCollisionDetectionandResponse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 576 Physics . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577 SomeBasicConcepts. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 577 RigidBodyDynamics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 578 Real-TimeUpdateandNumericalIntegration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 579 ArtificialIntelligence. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 580 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 582 Chapter 9 What Lies Ahead? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583 ContentDevelopmentSystems. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583 GameBlender/Blender2.0 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 583 WorldFoundry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 590 Contents ix WhatDoesThisMeanfor3DProgrammers? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 598 TheFuture . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 599 Summary . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600 Perspective . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 600 Appendix . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603 CDInstallation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603 License . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603 ContentsoftheCD-ROM. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 603 QuickStartGuide. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604 Directories . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 604 InstallingtheSampleProgramsandOtherSoftware . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 605 TroubleshootingtheSamplePrograms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607 SomeCommentsontheSamplePrograms. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 607 HardwareAcceleration . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 608 PortingtheCodetoMicrosoftWindows. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 609 ToolsUsedtoPreparethisBook. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 610 Resources. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 611 3DGraphicsProgramming . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612 3DModeling . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 612 3DInformationandApplications. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613 GeneralProgramming. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 613 Other. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614 References . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 614 Index . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 617