游戲引擎發(fā)展歷程功能與研究意義

1、游戲引擎發(fā)展歷程功能與研究意義1 游戲引擎的發(fā)展歷程2 游戲引擎的功能3研究的意義1 游戲引擎的發(fā)展歷程 20世紀(jì)90年代初，由于個人電腦的出現(xiàn)游戲開始變得普及起來，游戲的開發(fā)量也隨之增加，這時游戲引擎的概念開始逐漸形成。其中一個重要的代表是1993年由Id software游戲公司開發(fā)的Doom引擎。從技術(shù)上來講Doom引擎并不是真正意義上的3D游戲引擎，它只是通過在x，Y坐標(biāo)的基礎(chǔ)上使用Z坐標(biāo)來給玩家一個模擬的視覺縱深體驗。但正是這樣一種25D技術(shù)給當(dāng)時還處在2D時代的游戲界帶來了巨大的震動。同時，使用Doom引擎開發(fā)的游戲wolfenstein(德軍司令部)的大受歡迎也使得Doom引擎成

2、為游戲引擎發(fā)展的一個里程碑。另一方面Doom引擎也遵循了游戲引擎的基本思想游戲內(nèi)容與核心算法分離，在Doom引擎中，所有的游戲數(shù)據(jù)和游戲行為定義都以外部磁盤文件的形式保存起來，并在運(yùn)行時由載入器載入。 游戲引擎研發(fā)領(lǐng)域的另一個里程碑是Quake2引擎的出現(xiàn)。Quake2是第一個真正意義上的3D引擎，它可以完全利用由OpenGL所封裝的底層圖形硬件加速功能。在Quake2出現(xiàn)的同時，游戲引擎所能提供的通用而高效的圖形處理能力也開始逐漸被非游戲領(lǐng)域所重視。與Quake2幾乎同時出現(xiàn)的Unreal引擎說明了這點(diǎn)。UIlreal的應(yīng)用不僅限于游戲軟件的開發(fā)，同時還涵蓋了教育和建筑等其它領(lǐng)域。Digit

3、al Design公司曾與聯(lián)合國教科文組織的世界文化遺產(chǎn)分部合作采用u11real引擎制作過巴黎圣母院的內(nèi)部虛擬演示；zen Tao公司采用u11real引擎為空手道選手制作過武術(shù)訓(xùn)練軟件；另一家軟件開發(fā)商Vito Milian也采用unreal引擎開發(fā)了一套名為“Unrealty的建筑設(shè)計軟件，用于房地產(chǎn)的演示。 3D游戲引擎的成熟運(yùn)用要?dú)w功于已經(jīng)有長期積累的計算機(jī)圖形研究領(lǐng)域。最具有革命意義的是結(jié)構(gòu)化空間管理技術(shù)和層次細(xì)節(jié)的地形技術(shù)在3D游戲引擎中的應(yīng)用。結(jié)構(gòu)化空間管理技術(shù)曾經(jīng)只被使用于諸如飛行模擬器這樣的大型應(yīng)用中，然而Quake2引擎的出現(xiàn)改變了這種狀況。Quake2引擎使用空間分割二

4、又樹來管理游戲場景，并將游戲關(guān)卡數(shù)據(jù)保存在bsp文件中。直到現(xiàn)在Quake系列游戲的_bsp文件結(jié)構(gòu)仍然被許多3D游戲作為標(biāo)準(zhǔn)的關(guān)卡文件格式使用。在0uake3引擎出現(xiàn)的同時，一些用于渲染室外場景的地形技術(shù)也涌現(xiàn)出來并被引入到3D游戲引擎研發(fā)中來。與室內(nèi)場景渲染所使用的技術(shù)不同，多數(shù)地形技術(shù)都過于理論化而脫離了游戲引擎開發(fā)實踐。所以相對于室內(nèi)場景渲染技術(shù)而言，3D游戲的室外場景渲染技術(shù)還欠成熟。 目前，3D游戲引擎已經(jīng)發(fā)展到能夠自如的運(yùn)用各種圖形技術(shù)，比如在新的Half lifc2引擎中就大量的使用了輻射度和陰影圖等靜態(tài)光影技術(shù)。通過合理使用各種渲染技術(shù)游戲引擎能夠輸出相當(dāng)真實的場景，但是大量

5、的可用技術(shù)使得游戲引擎的規(guī)模急劇增大，所以目前的3D游戲引擎研發(fā)人員開始逐步重視引擎架構(gòu)的研究。2 游戲引擎的功能 3D游戲引擎總是最新圖形技術(shù)的嘗試者和表現(xiàn)者，總是站在圖形學(xué)技術(shù)的最高峰，并不斷通過更高的速度和更逼真的效果推動3D技術(shù)的發(fā)展。在三維項目的發(fā)展初期，由于內(nèi)容比較簡單，所以可以直接編程而不需要對引擎的結(jié)構(gòu)進(jìn)行詳細(xì)的模塊劃分。但是隨著目前三維項目開發(fā)的復(fù)雜程度越來越高，如果這些復(fù)雜的項目在開始編寫代碼以前不經(jīng)過任何模塊化對象化的處理，那么即使工作量提高數(shù)倍，也未必能將引擎開發(fā)出來。所以可以說模塊化對象化設(shè)計對于三維引擎的設(shè)計來說是一個必要條件。盡管目前的三維項目的種類多種多樣，但組

6、成游戲引擎的關(guān)鍵部件組成基本維持不變，以下將分別對引擎的一些關(guān)鍵功能作一個簡單的介紹。光影效果，即場景中的光源對處于其中的人和物的影響方式。游戲的光影效果完全是由引擎控制的，折射、反射等基本的光學(xué)原理以及動態(tài)光源、彩色光源等高級效果都是通過引擎的不同編程技術(shù)實現(xiàn)的。 動畫，目前游戲所采用的動畫系統(tǒng)可以分為兩種：一是骨骼動畫系統(tǒng)，一是模型動畫系統(tǒng)，前者用內(nèi)置的骨骼帶動物體產(chǎn)生運(yùn)動，比較常見，后者則是在模型的基礎(chǔ)上直接進(jìn)行變形。引擎把這兩種動畫系統(tǒng)預(yù)先植入游戲，方便動畫師為角色設(shè)計豐富的動作造型。 提供物理系統(tǒng)，這可以使物體的運(yùn)動遵循固定的規(guī)律，例如，當(dāng)角色跳起的時候，系統(tǒng)內(nèi)定的重力值將決定他能跳

7、多高，以及他下落的速度有多快，子彈的飛行軌跡、車輛的顛簸方式也都是由物理系統(tǒng)決定的。 碰撞探測是物理系統(tǒng)的核心部分，它可以探測游戲中各物體的物理邊緣。當(dāng)兩個3D物體撞在一起的時候，這種技術(shù)可以防止它們相互穿過，這就確保了當(dāng)你撞在墻上的時候，不會穿墻而過，也不會把墻撞倒，因為碰撞探測會根據(jù)你和墻之間的特性確定兩者的位置和相互的作用關(guān)系。 渲染是引擎最重要的功能之一，當(dāng)3D模型制作完畢之后，美工會按照不同的面把材質(zhì)貼圖賦予模型，這相當(dāng)于為骨骼蒙上皮膚，最后再通過渲染引擎把模型、動畫、光影、特效等所有效果實時計算出來并展示在屏幕上。渲染引擎在引擎的所有部件當(dāng)中是最復(fù)雜的，它的強(qiáng)大與否直接決定著最終的

8、輸出質(zhì)量。引擎還有一個重要的職責(zé)就是負(fù)責(zé)玩家與電腦之間的溝通，處理來自鍵盤、鼠標(biāo)、搖桿和其它外設(shè)的信號。如果游戲支持聯(lián)網(wǎng)特性的話，網(wǎng)絡(luò)代碼也會被集成在引擎中，用于管理客戶端與服務(wù)器之間的通信。3研究的意義現(xiàn)階段，隨著顯卡技術(shù)的發(fā)展，GPU不但支持標(biāo)準(zhǔn)的(固定的)變換與光照(TL)管道線，還支持頂點(diǎn)著色(vertex shader)和像素著色(pixel shader) 方式，開發(fā)人員因此有了更大的自主空間，可以實現(xiàn)更真實的繪制功能。在此環(huán)境下，各大公司都著手開發(fā)新一代3D游戲引擎。其中商業(yè)引擎以QuakeIII、UnrealII最為出名。此外，軟件開源社區(qū)的不斷壯大，也誕生出一些比較好的開源3

9、D引擎，比如OGRE等。運(yùn)用這些引擎中的場景渲染技術(shù)能生成真實感更強(qiáng)的水波、天氣系統(tǒng)、茂密的森林、流熔巖的火山等效果，場景的規(guī)模也更大，頂點(diǎn)動態(tài)光照技術(shù)也開始在室外場景中應(yīng)用。 3D游戲的趨勢是往超大規(guī)模場景，真實感表現(xiàn)的虛擬世界發(fā)展。大規(guī)模場景表現(xiàn)和游戲的虛擬仿真，自然也成為了世界上3D游戲行業(yè)非常熱門和前沿的研究領(lǐng)域與方向。比如美國暴雪公司的“魔獸世界"和韓國NCSOFT公司的“天堂2"已經(jīng)在這兩個方而取得了相當(dāng)?shù)耐黄坪瓦M(jìn)展。暴雪的“魔獸世界"按人的比例來計算，世界地圖已達(dá)到35km×35km。 隨著電子娛樂業(yè)的迅猛發(fā)展，國內(nèi)目前從事3D引擎研究和開發(fā)的公司也多了起來。比如目標(biāo)軟件的GFX3D引擎，盛大公司的3D引擎，網(wǎng)易公司的3D引擎，錦大科技的AURORA引擎等，還有一些游戲工作組的3D引擎，比如WIN3D系列，Or