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游戏引擎综述（比较好的新手扫盲文档）

发布者: senocom | 发布时间: 2009-10-16 22:30| 查看数: 66955| 评论数: 1173|帖子模式

本帖最后由 senocom 于 2009-10-16 22:34 编辑

让我们首先来看看一个游戏引擎和游戏本身之间的主要区别。许多人们会混淆游戏引擎和整个游戏。这有点像把一个汽车发动机和整个汽车混淆起来一样。你能够从汽车里面取出发动机，建造另外一个外壳，再使用发动机一次。游戏也像那。游戏引擎被定义为所有的非游戏特有的技术。游戏部份是被称为 '资产' 的所有内容 (模型，动画，声音，人工智能和物理学)和为了使游戏运行或者控制如何运行而特别需要的程序代码，比如说AI--人工智能。
渲染器
　　让我们从渲染器来开始游戏引擎设计的探讨吧，我们将从游戏开发者(本文作者的背景)的角度来探讨这些问题。事实上，在本文的各个段落，我们将常常从游戏开发者的角度探讨，也让您像我们一样思考问题!
　　什么是渲染器，为什么它又这么重要呢？好吧，如果没有它，你将什么也看不到。它让游戏场景可视化，让玩家/观众可以看见场景，从而让玩家能够根据屏幕上所看到的东西作出适当的决断。尽管我们下面的探讨可能让新手感到有些恐惧，先别去理会它。渲染器做些什么？为什么它是必须的？我们将会解释这些重要问题。

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　　当构造一个游戏引擎的时候，你通常想做的第一件事情就是建造渲染器。因为如果看不见任何东西 – 那么你又如何知道你的程序代码在工作呢? 超过 50% 的 CPU 处理时间花费在渲染器上面；通常也是在这个部分，游戏开发者将会受到最苛刻的评判。如果我们在这个部分表现很差，事情将会变得非常糟糕，我们的程序技术，我们的游戏和我们的公司将在 10 天之内变成业界的笑话。它也是我们最依赖于外部厂商和力量的地方，在这里他们将处理最大限度的潜在操作目标。如此说来，建造一个渲染器确实不象听起来那么吸引人（事实如此），但如果没有一个好的渲染器，游戏或许永远不会跻身于排行榜前10 名。
　　如今，在屏幕上生成像素，涉及到 3D 加速卡， API ，三维空间数学，对 3D 硬件如何工作的理解等等。对於主机（游戏机）游戏来说，也需要相同类型的知识，但是至少对于主机，你不必去尝试击中一个移动中的目标。因为一台主机的硬件配置是固定的 "时间快照"，和PC（个人计算机）不同，在一台主机的生命期中，它的硬件配置不会改变。
　　在一般意义上，渲染器的工作就是要创造出游戏的视觉闪光点，实际上达到这个目标需要大量的技巧。3D图形本质上是用最少的努力创造出最大效果的一门艺术，因为额外的 3D 处理在处理器时间和和內存带宽方面都是极为昂贵的。它也是一种预算，要弄清楚你想在什么地方花费处理器时间，而你宁愿在什么地方节省一些从而达到最好的整体效果。接下来我们将会介绍一些这方面的工具，以及怎样更好的用它们让游戏引擎工作。

建造3D世界
　　最近，当我和一位从事计算机图形方面工作长达数年之久的人会谈时，她向我吐露道，当她第一次看到实时操纵计算机 3D 图象时，她不知道这是怎么实现的，也不知道计算机如何能够存储 3D 图象。今天这对于在大街上的普通人来说或许是真实的，即使他们时常玩 PC 游戏，游戏机游戏，或街机游戏。
　　下面我们将从游戏设计者的角度讨论创造 3D 世界的一些细节，你也应该看一看 Dave Salvator 所写的“3D 管线导论“，以便对3D 图象生成的主要过程有一个整体的了解。
　　3D 物体（对象）被储存成 3D 世界中的一系列点(被称为顶点)，彼此之间有相互关系，所以计算机知道如何在世界中的这些点之间画线或者是填充表面。一个立方体由8个点组成，每个角一个点。立方体有6个表面，分别代表它的每一个面。这就是 3D 对象储存的基础。对于一些比较复杂的 3D 物体，比如说一个 Quake 的关卡，将有数以千计(有时数以十万计)的顶点，和数以千计的多边形表面。
　　参见上图的线框表示（注：原文在这里有一幅图）。本质上与上面的立方体例子类似，它仅仅是由许许多多的小多边形组成的一些复杂场景。模型和世界如何储存是渲染器的一部份功能，而不属于应用程序/游戏部份。游戏逻辑不需要知道对象在內存中如何表示，也不需要知道渲染器将怎样把他们显示出来。游戏只是需要知道渲染器将使用正确的视野去表示对象，并将在正确的动画幀中把正确的模型显示出来。
　　在一个好的引擎中，渲染器应该是可以完全被一个新的渲染器替换掉，并且不需要去改动游戏的一行代码。许多跨平台引擎，而且许多自行开发的游戏机引擎就是这样的，如 Unreal 引擎， --举例来说，这个游戏 GameCube 版本的渲染器就可以被你任意的替换掉。
　　让我们再看看内部的表示方法—除了使用坐标系统，还有其他方法可以在计算机內存里表示空间的点。在数学上，你可以使用一个方程式来描述直线或曲线，并得到多边形，而几乎所有的 3D 显示卡都使用多边形来作为它们的最终渲染图元。一个图元就是你在任何显示卡上面所能使用的最低级的绘制（渲染）单位，几乎所有的硬件都是使用三个顶点的多边形(三角形)。新一代的 nVidia 和 ATI 显卡可以允许你以数学方式渲染(被称为高次表面)，但因为这不是所有图形卡的标准，你还不能靠它作为渲染策略。
　　从计算的角度来看，这通常有些昂贵，但它时常是新的实验技术的基础，例如，地表的渲染，或者对物件锐利的边缘进行柔化。我们将会在下面的曲面片小节中更进一步介绍这些高次表面。
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