一種游戲的3d技術(shù)

一種游戲的3d技術(shù)

自打電話給游戲以來，我們一直處于著距離結(jié)束的狀態(tài)。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,而大多數(shù)都以ID公司的Quake引擎為基礎(chǔ),這些游戲包括CounterStrike,TeamFortress,TacOps,StrikeForce,以及QuakeSoccer。TacOps和StrikeForce都使用了UnrealTournament引擎。1d監(jiān)控系統(tǒng)的操作目標(biāo)渲染器讓游戲場景可視化,讓玩家或觀眾可以看見場景,從而讓玩家能夠根據(jù)屏幕上所看到的東西作出適當(dāng)?shù)臎Q斷。當(dāng)構(gòu)造一個(gè)游戲引擎的時(shí)候,通常想做的第一件事情就是建造渲染器。因?yàn)槿绻床灰娙魏螙|西,又如何知道程序代碼在工作呢?超過50%的CPU處理時(shí)間花費(fèi)在渲染器上面;通常也是在這個(gè)部分,游戲開發(fā)者將會(huì)受到最苛刻的評(píng)判。它也是我們最依賴于外部廠商和力量的地方,在這里他們將處理最大限度的潛在操作目標(biāo)。在屏幕上生成像素,涉及到3D加速卡、API、三維空間數(shù)學(xué)、對(duì)3D硬件如何工作的理解等等。對(duì)于主機(jī)(游戲機(jī))游戲來說,也需要相同類型的知識(shí),但是至少對(duì)于主機(jī),你不必去嘗試擊中一個(gè)移動(dòng)中的目標(biāo)。因?yàn)橐慌_(tái)主機(jī)的硬件配置是固定的“時(shí)間快照”,和PC(個(gè)人計(jì)算機(jī))不同,在一臺(tái)主機(jī)的生命期中,它的硬件配置不會(huì)改變。渲染器的工作就是要?jiǎng)?chuàng)造出游戲的視覺閃光點(diǎn),實(shí)際上達(dá)到這個(gè)目標(biāo)需要大量的技巧。3D圖形本質(zhì)上是用最少的努力創(chuàng)造出最大效果的一門藝術(shù),因?yàn)轭~外的3D處理在處理器時(shí)間和內(nèi)存帶寬方面都是極為昂貴的。2游戲中的d對(duì)象3D物體(對(duì)象)被儲(chǔ)存成3D世界中的一系列點(diǎn)(被稱為頂點(diǎn)),彼此之間有相互關(guān)系,所以計(jì)算機(jī)知道如何在世界中的這些點(diǎn)之間畫線或者是填充表面。一個(gè)立方體由8個(gè)點(diǎn)組成,每個(gè)角一個(gè)點(diǎn)。立方體有6個(gè)表面,分別代表它的每一個(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,比如說一個(gè)Quake的關(guān)卡,將有數(shù)以千計(jì)(有時(shí)數(shù)以十萬計(jì))的頂點(diǎn)和數(shù)以千計(jì)的多邊形表面。其本質(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)用程序或游戲部份。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。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。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,舉例來說,這個(gè)游戲GameCube版本的渲染器就可以被任意的替換掉。3顯示卡的世界在目前的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)過程被稱為剔除。在真實(shí)的游戲情形中,應(yīng)用程序時(shí)常在后臺(tái)做著許多其他的事情——多邊形的3D變換、光照計(jì)算、拷貝較多的紋理到顯卡存等。不僅紋理要送到顯示卡,而且還有每個(gè)多邊形的細(xì)節(jié)。一些比較新的顯卡允許在顯卡內(nèi)存本身里面儲(chǔ)存模型和世界幾何細(xì)節(jié),但這可能是昂貴的,將會(huì)耗光紋理正?？梢允褂玫目臻g,所以最好能確定每一幀都在使用這些模型的頂點(diǎn),否則只能是在浪費(fèi)顯示卡上的存儲(chǔ)空間。重要的是,在實(shí)際使用顯卡時(shí),并不必然就能達(dá)到在顯卡包裝盒上所看到的那些指標(biāo),如果有一個(gè)比較慢速的CPU或沒有足夠的內(nèi)存時(shí),這種差異就尤為真實(shí)。最簡單的剔除方式就是把世界分成區(qū)域,每個(gè)區(qū)域有一個(gè)其他可見區(qū)域的列表。那樣,你只需要顯示針對(duì)任何給定點(diǎn)的可見部分。如何生成可見視野區(qū)域的列表是技巧所在。再者,有許多方法可以用來生成可見區(qū)域列表,如BSP樹,窺孔等。BSP是一種將世界分成小區(qū)域的的方法,通過組織世界的多邊形,容易確定哪些區(qū)域是可見的而哪些是不可見的,從而方便了那些不想做太多繪制工作的基于軟件的渲染器。它同時(shí)也以一種非常有效的方式讓你知道你位于世界中的什么地方。在基于窺孔的引擎里,每個(gè)區(qū)域(或房間)都建造有自己的模型,通過每個(gè)區(qū)域的門(或窺孔)能夠看見另外的區(qū)段。渲染器把每個(gè)區(qū)域作為獨(dú)立的場景單獨(dú)繪制,這就是它的大致原理。足以說這是任何一個(gè)渲染器的必需部份,而且非常重要。4回用ati顯形成除了三角形,曲面片的使用現(xiàn)在正變得更普遍。因?yàn)樗麄兡苡脭?shù)學(xué)表達(dá)式來描述幾何(通常涉及某種曲線的幾何形體),而不僅僅只是列出大量的多邊形以及在游戲世界中的位置,所以曲面片(高次表面的另一個(gè)名稱)非常好。這樣就能夠動(dòng)態(tài)地根據(jù)方程式來建立(和變形)多邊形網(wǎng)格,并決定從曲面片上看到的多邊形數(shù)量。因此,舉例來說,描述一個(gè)管道,然后在世界中就可以有這種管道的許多樣例。在一些房間中,你已經(jīng)顯示了10,000個(gè)多邊形,你可以說,“因?yàn)槲覀円呀?jīng)顯示了大量的多邊形,而且任何更多的多邊形將會(huì)使幀速率下降,所以這個(gè)管道應(yīng)該只有100個(gè)多邊形”。但在另外一個(gè)房間中,視野中只有5,000個(gè)可見的多邊形,你可以說,“因?yàn)槲覀冞€沒有達(dá)到預(yù)算可以顯示的多邊形數(shù)量,所以,現(xiàn)在這個(gè)管道能有500個(gè)多邊形”。非常美妙的東西,但必須首先知道所有這些并建立網(wǎng)格,這不是無足輕重的。通過AGP傳送同一個(gè)對(duì)象的曲面方程確實(shí)要比傳送其大量頂點(diǎn)節(jié)省成本。SOF2就使用了這個(gè)方法的一種變體來建立它的地表系統(tǒng)。事實(shí)上現(xiàn)在的ATI顯卡具有TruForm,它能帶一個(gè)以三角形為基礎(chǔ)的模型,并將該模型轉(zhuǎn)換為基于高次表面的模型,使其平滑,接著再用十倍三角形數(shù)量把模型轉(zhuǎn)換回基于大量三角形的模型(被稱為retesselation)。然后模型送