详细介绍Quake 2 BSP文件格式和应用

简介
　　
　　BSP文件格式是QUAKE 2用于存储地图的一种文件格式，说得具体点，就是用于渲染Q2世界的。尽管有其他的信息包含在BSP文件中，用于其他游戏部分（如敌人AI，等等），在这篇文章中，我不将讨论他们。如果你有这方面的知识，请告诉我，我的E-MAIL在下面。在这篇文章中难免有错误之处，请告诉我。
　　为了更清楚的描述BSP文件格式，在这篇文章中将试图对Q2渲染引擎进行技术方面的描述。现在让我们假想这个渲染器使用的是基本的3D图形技术，包含BSP树结构。
　　我们在这篇文章中描述的是Q2的BSP文件格式，这个文件格式由Kingpin使用（他建立了Q2引擎）。对于Q1和Q3的文件格式，虽然他们很相同，但还是有点不兼容。不管怎样，BSP的文件结构和技术不是很难，这篇文章将对于那些对这些格式赶兴趣的人。
　　
　　法律方面的问题
　　
　　协定
　　
　　在这篇文章中，我用C语言结构来描述这些问题。为了使描述简单并规范意义，我用int32 and uint32来表示有符号和无符号32位整形数；同样的符号将用于16位和32位整形数。下面为用于存储BSP文件格式的顶点和矢量的结构：
　　struct point3f
　　{
　　float x;
　　float y;
　　float z;
　　};
　　struct point3s
　　{
　　int16 x;
　　int16 y;
　　int16 z;
　　};
　　第二版中一些地方，如保存内存，就不需要很高的精度。相比于12位的版本，他只需要6位。通常情况下，都是用整形，而非浮点。
　　
　　渲染
　　
　　在这一节中，我们将介绍数据结构中的一些术语，并描述一下在Q2中进行渲染的过程。
　　Q2地图中划分成很多的凸区域，这些区域用BSP树页来表示。任何时候摄象机的位置随这些凸区域的水平方向改变。那一些树叶都相互的簇拥在一起，成一丛一丛的。这些丛如何构成是由建立BSP文件的工具决定。对于每个丛，他们都是以列表形式潜在，直观地存储。我们把这称为potentially visible set(PVS).
　　要渲染Q2地图，首先篇历BSP树，以决定摄象机的导入。一旦知道摄象机导入的叶，相应的丛也导入了（记住一片叶包含一个丛）。对应于丛的PVS然后解压出摄象机对应的那些PVS的列表。叶然后存储根据视角平截面裁减的叶的范围。
　　
　　BSP树
　　
　　许多人在通过用Q2和相似的引擎时，没有把BSP树和相应的算法联系起来。通过上面的叙述，我们知道可视的界面是由PVS决定。BSP树用于分割地图并快速地决定哪一块应该显示。结果，在Q2中没有好的渲染算法，而不得不用其他数据结构代替（如OCTREE OR K-D TREE）。BSP树不管怎样是非常简单的，他也被用在Q2引擎中其他不用渲染的任务中。
　　当讨论BSP树中存储叶结点的BSP树(leaf-based BSP trees)和存储内部结点的BSP树(node-based BSP trees)时。用在Q2中的BSP树的变化实际上是两方面的。这两方面是渲染和冲突检测。用于渲染时，他直接把存储在叶结点中的面渲染出来，因为他们是以PVS形式存储的。如果你没有执行冲突检测，存储在内部结点中的面将完全被忽约。
　　
　　文件头
　　
　　就我所知，所有的BSP文件是以字节的形式存储的，当用在大的终端平台上时，随着导入而变换。这使的相同的地图能够被使用不同平台的Q2用户共同使用。如果你在大的终端中导入BSP文件-------如Macintosh ,UNIX---你将不得不仔细的变换字节顺序。
　　BSP文件格式是用目录结构组织的，文件中所有的数据包含“自由的浮动”（free floating)团。在文件开始处，有一个目录告诉团的开始的偏移和长度。这个目录后的文件开始的8个字节是用于描述这些团的位置和长度。
　　BSP文件头的格式描述如下：
　　struct　bsp_lump
　　{
　　uint32 offset;　　　　　 //从文件开始的数据的偏移（用字节表示）
　　uint32 length;　　　　　//数据的长度（用字节表示）
　　}；
　　struct bsp_header
　　{
　　uint32 magic;　　　　//magic号（“IBSP”）
　　uint32 version;　　　//BSP格式的版本（38）
　　bsp_lump lump[19];　　//团的目录
　　}；
　　BSP文件开始的4个字节是一个标记，用于标识文件是否一个软件BSP文件。这些字节被拼为“IBSP”。接下来是32位无符号整形数，用于指定版本号。正如上面说的一样，本文件的版本号为38。
　　接下来的表显示BSP文件中包含的不同的团，并且这些团的索引排列在文件头中。这些团的目的是用于标识不知道的问题标记（这个名字来源于QBSP源代码），不管怎样，他们是不用建构简单的Q2标准渲染器。
　　
　　索引名　　　　　　　　　 描述
　　0 Entities　　　　　　 MAP实体文本缓冲器
　　1 Planes　　　　　　　平面队列
　　2 Vertices　　　　　　顶点队列
　　3 Visibility　　　　　　 压缩的PVS数据和所有的丛目录
　　4 Nodes　　　　　　　BSP树的内部结点数组
　　5 Texture Information　表面材质运用队列
　　6 Faces　　　　　　　 表面队列
　　7 Lightmaps　　　　 光图
　　8 Leaves　　　　　　 BSP树的内部叶队列
　　9 Leaf Face Table 索引查找表，用于参考叶中的表面队列
　　10 Leaf Brush Table　　　 ?
　　11 Edges　　　　　　边队列
　　12 Face Edge Table　索引查找表，用于参考叶中的边队列
　　13 Models　　　　 ?
　　14 Brushes　　　 ?
　　15 Brush Sides　 ?
　　16 Pop　　　　　　　?
　　17 Areas　　　　　　?
　　18 Area Portals　　　　　　?
　　许多团是用结构队列的形式存储的，这些结构都是固定大小。例如，顶点团是一个POINT3F结构队列。由于每个POINT3F是12位，顶点值被12个顶点团分开进行计算。相似的计算也被用于面，结点，材质信息，表面，叶和边团。
　　在下一节，我们将讨论团的结构和作用。
　　
　　顶点团
　　
　　顶点团是一列世界的所有的顶点。每个结点是3个float浮点值，相当于12个字节。你能计算这些顶点值通过把这些顶点团的长度分为12来计算。（You can compute the numbers of vertices by dividing the length of the vertex lump by 12. ^_^不好意思，可能翻译错了）
　　Q2用一个协调系统通过Z-轴调整为向上。记住，就是你用其他的系统进行调节，你可能需要改变束缚盒和面方程式。
　　
　　边团
　　在表面的顶点要共享，而且边也要共享。每一条边是存储在顶点队列中。存储量是两个16位的整形数，因此，在边队列中的边数是由边团的值除以4。这里要说的是可能有一条边被有卷绕着的线的两个面共享，因此对于一条边，没有特殊的方向。这一点将在表面团中讨论。
　　
　　表面团
　　
　　bsp_face结构队列中表面团的格式如下：
　　
　　struct bsp_face
　　{
　　uint16 plane;　　　　　 //表面平行的面的索引
　　uint16 plane_side;　　//设置表面是否与面平行
　　
　　uint32 first_edge;　　//第一条边的索引（在表面边队列中）
　　uint16 num_edges;　//连续的边的数量（在表面边队列中）
　　
　　uint16 texture_info;　　　//材质信息结构的索引
　　uint8　 lightmap_syles[4];　//光图的类型
　　uint32 lightmap_offset;　　//光图在光图团中的偏移
　　}；
　　这个bsp_face结构的长度是20字节，面的数量可以由表面团除以20得到。