TwinTrack

A Split-Screen 3D Racing Game Built with OpenGL 3.3 Core

一个功能完整的双人同屏三维赛车游戏，展示现代计算机图形学核心技术：阴影映射、Blinn-Phong 光照、天空盒、物理模拟、碰撞检测。

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核心功能

游戏系统

• 双人分屏竞速：支持 1-3 圈自定义赛程，实时排名显示
• 完整游戏流程：启动画面、主菜单、倒计时、比赛进行、结束画面
• HUD 显示系统：圈数统计、速度表、排名指示、比赛计时
• 精确计圈系统：基于门判定算法，包含越线验证与方向校验

渲染技术

• 阴影映射：4096×4096 深度贴图，PCF 软阴影，自适应偏差算法
• Blinn-Phong 光照：方向光 + 点光源系统，支持 Fresnel 菲涅尔效应
• 天空盒系统：立方体贴图实现，支持白天/夜间场景切换
• 材质系统：MTL 格式支持，纹理映射与 Mipmapping 优化

物理模拟

• 车辆运动学模型：加速、制动、转向、摩擦力模拟
• 多层碰撞检测：纹理边界检测与四角点矩形检测双重策略

场景内容

• 赛道系统：完整封闭赛道，支持边界检测与圆形裁切
• 装饰建筑：埃菲尔铁塔、斗兽场、自由女神像等地标模型
• 环境元素：街灯系统（含点光源）、树木植被
• 车辆模型：LEGO 风格赛车

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技术实现

模块	核心技术
阴影系统	Shadow Mapping + PCF 软阴影 + 自适应偏差
光照模型	Blinn-Phong + 多光源系统 + Fresnel 效应
天空盒	Cubemap + 无限远效果实现
碰撞检测	纹理分析与四角点矩形双重检测策略
计圈系统	门判定算法 + 防误触发机制 + 线性插值越线计算
资源管理	自实现 OBJ/MTL 解析器，纹理缓存，模型共享机制

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技术栈

图形 API：OpenGL 3.3 Core 依赖库：GLFW、GLM、GLAD、ImGui 构建系统：CMake + FetchContent 开发语言：C++17

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构建与运行

环境要求

• CMake ≥ 3.15
• C++17 兼容编译器
• OpenGL ≥ 3.3 驱动支持
• 网络连接用于首次构建依赖下载

快速开始（推荐）

一键运行（Windows）

build_and_run.bat

脚本将自动完成配置、编译和启动游戏。

手动构建

Windows:

# 配置项目
cmake -S . -B build

# 编译
cmake --build build --config Release

# 运行
.\build\bin\Release\TwinTrack.exe

清理构建

clean.bat

清理所有构建产物（build/、out/、.vs/），恢复项目到初始状态。

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操作说明

控制	玩家 1	玩家 2
前进/倒车	W / S	↑ / ↓
左转/右转	A / D	← / →
切换视角	V	Enter

通用操作

• ESC：暂停/继续游戏
• N：切换白天/夜间场景
• 任意键：跳过启动画面

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项目结构

TwinTrack/
├── assets/             # 游戏资源
├── src/
│   ├── core/           # 核心系统
│   ├── render/         # 渲染模块
│   └── ui/             # 用户界面
├── include/            # 头文件库
├── external/           # 第三方代码
├── CMakeLists.txt      # 构建配置
└── README.md

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核心算法

阴影映射流程

1. 阴影通道：从光源视角渲染深度图到 Framebuffer
2. 主渲染通道：从相机视角渲染场景，采样深度图计算阴影遮蔽

计圈检测算法

1. 防误触发机制：车辆需先离开起点区域后移动至少 10 单位方可计圈
2. 越线检测：检测车辆位置从起点线负侧跨越至正侧
3. 三重验证：运动方向正确性 + 越线点位置 + 门宽度约束

碰撞响应策略

• 滑动修正：保留切向运动分量，消除法向分量，实现沿边界自然滑动

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License: Educational Use Only

Course: Computer Graphics