游戲引擎剖析

1、游戲引擎剖析游戲引擎剖析JakeSimpson第1部分:游戲引擎介紹，渲染和構(gòu)造3D世界介紹自Doom游戲時(shí)代以來(lái)我們已經(jīng)走了很遠(yuǎn)。DOOM不只是一款偉大的游戲，它同時(shí)也開創(chuàng)了一種新的游戲編程模式:游戲“引擎“。這種模塊化，可伸縮和擴(kuò)展的設(shè)計(jì)觀念可以讓游戲玩家和程序設(shè)計(jì)者深入到游戲核心，用新的模型，場(chǎng)景和聲音創(chuàng)造新的游戲，或向已有的游戲素材中添加新的東西。大量的新游戲根據(jù)已經(jīng)存在的游戲引擎開發(fā)出來(lái)，而大多數(shù)都以ID公司的Quake引擎為

2、基礎(chǔ)，這些游戲包括CounterStrike，TeamFtress，TacOps，StrikeFce，以及QuakeSoccer。TacOps和StrikeFce都使用了UnrealTournament引擎。事實(shí)上，“游戲引擎“已經(jīng)成為游戲玩家之間交流的標(biāo)準(zhǔn)用語(yǔ)，但是究竟引擎止于何處，而游戲又從哪里開始呢像素的渲染，聲音的播放，怪物的思考以及游戲事件的觸發(fā)，游戲中所有這一切的幕后又是什么呢？如果你曾經(jīng)思考過(guò)這些問(wèn)題，而且想要知道更多驅(qū)動(dòng)

3、游戲進(jìn)行的東西，那么這篇文章正好可以告訴你這些。本文分多個(gè)部分深入剖析了游戲引擎的內(nèi)核，特別是Quake引擎，因?yàn)槲易罱ぷ鞯墓綬avenSoftware已經(jīng)在Quake引擎的基礎(chǔ)上開發(fā)出了多款游戲，其中包括著名的SoldierofFtune。開始讓我們首先來(lái)看看一個(gè)游戲引擎和游戲本身之間的主要區(qū)別。許多人們會(huì)混淆游戲引擎和整個(gè)游戲。這有點(diǎn)像把一個(gè)汽車發(fā)動(dòng)機(jī)和整個(gè)汽車混淆起來(lái)一樣。你能夠從汽車?yán)锩嫒〕霭l(fā)動(dòng)機(jī)，建造另外一個(gè)外殼，再使用發(fā)

4、動(dòng)機(jī)一次。游戲也像那。游戲引擎被定義為所有的非游戲特有的技術(shù)。游戲部份是被稱為資產(chǎn)的所有內(nèi)容(模型，動(dòng)畫，聲音，人工智能和物理學(xué))和為了使游戲運(yùn)行或者控制如何運(yùn)行而特別需要的程序代碼，比如說(shuō)AI人工智能。對(duì)于曾經(jīng)看過(guò)Quake游戲結(jié)構(gòu)的人來(lái)說(shuō)，游戲引擎就是Quake。exe，而游戲部分則是QAGame。dll和CGame。dll。如果你不知道這是什么意思，也沒有什么關(guān)系；在有人向我解釋它以前，我也不知道是什么意思。但是你將會(huì)完全明白它的

5、意思。這篇游戲引擎指導(dǎo)分為十一個(gè)部份。是的，從數(shù)量上來(lái)說(shuō)，總共是十一個(gè)部份!每個(gè)部分大概3000字左右?，F(xiàn)在就從第一部分開始我們的探索吧，深入我們所玩游戲的內(nèi)核，在這里我們將了解一些基本的東西，為后面的章節(jié)作鋪墊。。。渲染器讓我們從渲染器來(lái)開始游戲引擎設(shè)計(jì)的探討吧，我們將從游戲開發(fā)者(本代表它的每一個(gè)面。這就是3D對(duì)象儲(chǔ)存的基礎(chǔ)。對(duì)于一些比較復(fù)雜的3D物體，比如說(shuō)一個(gè)Quake的關(guān)卡，將有數(shù)以千計(jì)(有時(shí)數(shù)以十萬(wàn)計(jì))的頂點(diǎn)，和數(shù)以千計(jì)的多

6、邊形表面。參見上圖的線框表示（注：原文在這里有一幅圖）。本質(zhì)上與上面的立方體例子類似，它僅僅是由許許多多的小多邊形組成的一些復(fù)雜場(chǎng)景。模型和世界如何儲(chǔ)存是渲染器的一部份功能，而不屬于應(yīng)用程序游戲部份。游戲邏輯不需要知道對(duì)象在內(nèi)存中如何表示，也不需要知道渲染器將怎樣把他們顯示出來(lái)。游戲只是需要知道渲染器將使用正確的視野去表示對(duì)象，并將在正確的動(dòng)畫幀中把正確的模型顯示出來(lái)。在一個(gè)好的引擎中，渲染器應(yīng)該是可以完全被一個(gè)新的渲染器替換掉，并且不

7、需要去改動(dòng)游戲的一行代碼。許多跨平臺(tái)引擎，而且許多自行開發(fā)的游戲機(jī)引擎就是這樣的，如Unreal引擎，舉例來(lái)說(shuō)，這個(gè)游戲GameCube版本的渲染器就可以被你任意的替換掉。讓我們?cè)倏纯磧?nèi)部的表示方法—除了使用坐標(biāo)系統(tǒng)，還有其他方法可以在計(jì)算機(jī)內(nèi)存里表示空間的點(diǎn)。在數(shù)學(xué)上，你可以使用一個(gè)方程式來(lái)描述直線或曲線，并得到多邊形，而幾乎所有的3D顯示卡都使用多邊形來(lái)作為它們的最終渲染圖元。一個(gè)圖元就是你在任何顯示卡上面所能使用的最低級(jí)的繪制（渲

8、染）單位，幾乎所有的硬件都是使用三個(gè)頂點(diǎn)的多邊形(三角形)。新一代的nVidia和ATI顯卡可以允許你以數(shù)學(xué)方式渲染(被稱為高次表面)，但因?yàn)檫@不是所有圖形卡的標(biāo)準(zhǔn)，你還不能靠它作為渲染策略。從計(jì)算的角度來(lái)看，這通常有些昂貴，但它時(shí)常是新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)，例如，地表的渲染，或者對(duì)物件銳利的邊緣進(jìn)行柔化。我們將會(huì)在下面的曲面片小節(jié)中更進(jìn)一步介紹這些高次表面。剔除概觀問(wèn)題來(lái)了。我現(xiàn)在有一個(gè)由幾十萬(wàn)個(gè)頂點(diǎn)多邊形描述的世界。我以第一人稱視角位于

9、我們這個(gè)3D世界的一邊。在視野中可以看見世界的一些多邊形，而另外一些則不可見，因?yàn)橐恍┪矬w，比如一面看得見的墻壁，遮擋住了它們。即使是最好的游戲編碼人員，在目前的3D顯卡上，在一個(gè)視野中也不能處理300，000個(gè)三角形且仍然維持60fps(一個(gè)主要目標(biāo))。顯卡不能處理它，因此我們必須寫一些代碼，在把它們交給顯卡處理之前除去那些看不見的多邊形。這個(gè)過(guò)程被稱為剔除。有許多不同的剔除方法。在深入了解這些之前，讓我們探討一下為什么圖形顯示卡不能