游戏引擎初识

发表于2015-09-17

本文属于半原创半转帖，里面很多引用了网上现成的东西。关于次世代引擎，了解的不多，就讲了些个人看法，望有高手来指点一二。

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在阅读各类游戏介绍中我们经常会碰见引擎（Engine）这个单词，游戏引擎听上去很高端的样子，那到底什么是游戏引擎。本文将详细讨论游戏引擎概念、历史及其现状，让读者对游戏引擎有个大体了解，本文不涉及游戏引擎原理性内容，算是一篇入门级别的文章。

何谓游戏引擎

什么是游戏引擎？那么我们从这个词原意说起，引擎是赛车上一个部件，并且是核心部件，它决定着赛车速度、操控感、稳定性等，没有引擎赛车就无法前进。游戏中使用这个引申义，大家可初步设想下游戏引擎在游戏中会扮演一个什么样的角色。

简言之，游戏引擎就是每款游戏都具有控制所有游戏功能的主程序。有人会问，这不就是游戏部分代码嘛，为什么单独拿出来称之为游戏引擎呢？其实在上世纪90年代前，在我们年幼只有FC游戏时代，是没有游戏引擎的说法，当时游戏控制代码都是针对一款游戏所写。虽然这些早期的游戏大多简单粗糙，但每款游戏几乎都是从头编写代码，平均开发周期也要达到8-10个月。

逐渐的，开发人员总计出一些规律，某些类似题材的游戏总是有些相同的代码，代码复用可以大大减少游戏的开发周期和开发费用，慢慢地这些通用代码就形成了引擎的雏形，伴随技术的发展，最终演变成今天的游戏引擎。

当今的游戏引擎已经发展成为一套有多个子系统构成的复杂系统，从建模、动画到光影、粒子特效，从物理系统、碰撞检测到文件管理、网络特性，还有专业的编辑工具和插件，几乎涵盖了开发过程中的所有重要环节。

讲到这里，大家应该对游戏引擎有一定概念了。游戏引擎即可以做游戏开发的库，又作为游戏运行时环境，这个让我想到微软的.net framework。那么实际游戏开发过程中，游戏引擎是如何把游戏与显卡联系在一起，游戏中各种特效是如何显示的？显然这个问题已经过于专业了，不适合笔者来回答。我在网上看到一个图，该图能部分回答这个疑问，当然大家也能从这个角度作下深入挖掘。

该图是整体关系图，显卡是游戏的物理基础，所有游戏效果都需要一款性能足够的显卡才能实现，在显卡之上是各种图形API，比较主流的就是DX和OpenGL。DirectX是微软推的一套多媒体编程接口，目前最新版本是DirectX 11；OpenGL是行业领域中最为广泛接纳的 2D/3D 图形API，由SGI公司发布。再往上便是游戏引擎和游戏引擎提供的编程接口。那么选择购买引擎的游戏厂商，他们的程序员和美工就可以利用现成的SDK为自家的游戏加如自家建立的模型、动画以及画面效果，而最终的成品则是各种游戏。　

游戏引擎的发展和3D FPS游戏有着极其深厚渊源，在后面游戏引擎历史回顾章节中在游戏举例中大部分都会是FPS游戏，FPS和游戏引擎之间好比一对孪生兄弟，它们一同诞生，一同成长，互相为对方提供着发展的动力。

游戏引擎史

游戏引擎历史这段，笔者想从游戏和引擎开发公司来展开，通常游戏引擎都是以某一款游戏为载体为玩家所熟识。

ID software

谈及游戏引擎，有一家游戏公司最应该被提起，也有一个人最不应该忘记，那就是ID software和它的创始人之一约翰.卡马克。据说这家公司仅有13名固定员工，而且停车场也只停13辆法拉利跑车。ID公司早期开发游戏引擎专注于图像处理。

Wolfenstein 3D

1992年，id software开发一款只有2兆多的小游戏——Wolfenstein 3D（德军司令部3D），这款游戏被誉为电脑游戏史上第一款FPS游戏。从截图上看，画面锯齿很严重，制作如此粗糙，似乎是那么不起眼，但是资历的玩家可能都还记得初接触它时的兴奋心情，它把玩家从2D平面游戏带入了3D的世界，也开创了3D射击游戏时代。

1993年ID公司推出的DOOM（毁灭战士）。在DOOM中，角色与游戏中的物品的互动性进一步增强，楼梯、楼梯上的花朵以及路桥已经可升可降。游戏中的光照效果也不再单一，不同的单位也有了不同的亮度，此外DOOM引擎还支持立体声音效，环境的定位感更真实。这些效果在3D显卡都没有问世的1993年毫无疑问是非常激动人心的进步。

除了游戏本身，更重要的是，DOOM成为了ID公司第一款用于商业授权的引擎，在此之前引擎只是作为一种自产自销的开发工具，从来没有哪家游戏商考虑过依靠引擎赚钱，Doom引擎的成功无疑为人们打开了一片新的市场。

Quake

1996年，ID公司又推出另一款新型游戏Quake（雷神之锤），相比《DOOM》使用的将拥有高度信息的二维地图渲染成3D图像的伪3D引擎，Quake引擎是实实在在的3D引擎。

Quake引擎是当时第一款完全支持多边形模型、动画和粒子特效的引擎，而在技术之外，Quake的游戏操控方式也树立了FPS游戏的标准。游戏采用流动控制方案（fluid control scheme ），它使用鼠标来观看/瞄准/定向以及用键盘前进/后退/侧移，这也成了FPS游戏最普遍的操控模式，直到今日仍没有变化。

除了ID公司自己开发Quake和Quake World使用Quake引擎，还有大名鼎鼎的Half life(半条命)以及由Half life扩展出来的Counter-Strike（反恐精英），Half life使用了Quake和Quake II引擎。

Quake II

Quake一年之后，ID公司有发售了Quake II。1997年时候，3D加速卡（就是现在的显卡）已经兴起，Quake II引擎已经支持硬件3D加速，当时较为知名的3D API是OpenGL。Quake II引擎添加了256色材质贴图，首次实现了彩色光影效果，使得游戏中的物体在反射光影时候能展现出不同样的色彩效果，另外一个技术特性则是通过支持DLL（dynamic-link libraries，动态链接库）文件实现了对软件渲染和OpenGL渲染的支持。

Quake III:Arena

1999年，Id又发布了Quake III:Arena，这是Quake系列的第三步，也标志着Id的引擎技术到了第三代。在这一时代，引擎已经不再支持软件渲染，必须要有一款支持硬件加速的显卡才能运行。

Quake III引擎增加了32Bit 材质的支持，还直接支持高细节模型和动态光影。同时，引擎在地图中的各种材质、模型上，都表现出了极好的真实光线效果。Quake III使用了革命性.MD3格式的人物模型，模型的采光使用了顶点光影(vertex animation)技术，每一个人物都被分为不同段（头、身体等），并由玩家在游戏中的移动而改变实际的造型，游戏中真实感更强烈。

使用Quake III引擎的游戏数量众多，比如早期的使命召唤》系列、《荣誉勋章》、《绝地武士2》、《星球大战》、《佣兵战场2》、《007》、《重返德军总部2》等等。

DOOM3

时间很快就到2004年，DOOM3是Id公司的第四代引擎的代表作。Doom3席程序员罗布.达菲曾经说过：“Doom3从任何角度而言都是最完美的，而且它几乎完全追随并引导了硬件的发展。以id software的经验来看，Doom3估计又会被追捧至少5年，而在这5年里测试显卡FPS的基准估计都会是它了。”

在《DOOM3》中，即时光影效果成了主旋律，它不仅实现了静态光源下的即时光影，最重要的是通过shadow volume（阴影锥）技术，《DOOM3》引擎实现了动态光源下的即时光影在游戏中大规模的使用。

当然了，除了shadow volume（阴影锥）技术之外，《DOOM3》中的凹凸贴图、多边形、贴图、物理引擎和音效也都是非常出色的，可以说04年《DOOM3》一出，当时的显卡市场可谓一片哀嚎。

EPIC

如果要找一个能跟Id公司的Quake/DOOM游戏引擎相比肩的对手的话，那么EPIC公司的Unreal引擎无疑是最合适的。而且相比只负责3D图像处理的Quake/DOOM引擎来讲，Unreal涵盖的方面更多，涉及物理特性、动画演示、音频效果和碰撞检测等游戏的所有组件，也就是说Unreal引擎的集成度更高，通用性更强。

Unreal

1998年5月22日，大约在Quake II发布后半年左右，由Epic Games开发GT Interactive发行了《Unreal 》问世，游戏中除了精致的建筑物外，还拥有许多游戏特效，比如荡漾的水波，美丽的天空，逼真的火焰、烟雾和力场，单纯从画面效果来看，《虚幻》是当之无愧的佼佼者。

得益于画面精美和DX规范的通用性，Unreal很快就得到了18款游戏的支持，包括《Unreal》、《Unreal Tournament》、《哈利波特》、《Rune》、《Deus Ex》等都用Unreal引擎实现了不同的游戏效果。而且，由于Unreal引擎的通用性，除了游戏，它还广泛使用在3D建模、建筑设计、动作捕捉、电影特效等等领域。

Unreal2

Unreal引擎一炮打响，EPIC又再接再厉推出了Unreal2引擎。相比第一代Unreal引擎，Unreal2的全部代码几乎重写，并集成了最新的编辑器。随着游戏开发的需要，游戏引擎的内涵也在不断扩大，Unreal2引擎拥有了更多的功能。

当时物理加速技术已然成形，Unreal2引擎便集成了Karma 物理加速技术开发包，引擎中的物理效果得以增强，并且开始支持XBOX、PS2等主机平台。Unreal2引擎期间有过一次小幅升级，被称为UE2.5，渲染性能有了一定提高

Unreal 2

天堂2

Unreal3

到了DX9时代，EPIC公司推出了当前的主力干将Unreal3引擎，融合了众多新技术、新特性的Unreal3也是当前使用最广泛的引擎之一，在主机、单机、网游全面开花。

Unreal3支持64位HDRR高精度动态渲染、多种类光照和高级动态阴影特效，可以在低多边形数量(通常在5000-15000多边形)的模型实现通常数百万个多边形模型才有的高渲染精度，这样就可以用最低的计算资源做到极高画质。Unreal3引擎还提供了强大的编辑工具，让开发人员随意调用游戏对象，真正做到所见即所得。

Unreal3引擎之中还集成了许多现成的游戏技术，包括PhysX物理引擎、SpeedTree植被引擎、EAX5.0音效引擎、AI引擎等，其中的PhysX物理加速技术是NVIDIA公司力推的，在PhysX游戏中会拥有更好的效果。

在采用Unreal3引擎的游戏中，《生化危机》、《Alpha Protocol》、《战争机器》、《荣誉勋章：空降神兵》、《枪神》、《质量效应》、《镜之边缘》都是知名大作，尤其是《战争机器》一度创下PC游戏的画质神话。

战争机器

Monolith公司的LithTech

整个90年代，游戏引擎的光芒似乎成了Id和EPIC的专利，其余的公司都被这两大巨头所掩盖了，其实当时仍然有不少引擎精品，Monolith公司的LithTech引擎便是一例。

1998年，Monolith推出了新款游戏《Shogo：Mobile Armor Division》，这是一款结合了日本卡通的FPS游戏，使用的引擎便是LithTech。这款引擎耗费了Monolith公司五年的时间，花费超过700万美元，如此高的代价也迫使公司改名为LithTech，业务范围也转向LithTech引擎授权以图收回高昂的开发成本。

采用LithTech第一代引擎制作的游戏包括《血兆2》和《清醒》（Sanity）等。2000年LithTech公司推出了引擎的2.0版本和2.5版本，加入了骨骼动画和高级地形系统，LithTech 3.0则衍生出了“木星”（Jupiter）、“鹰爪”（Talon）、“深蓝”（Cobalt）和“探索”（Discovery）四大系统，其中“鹰爪”被用于开发《异形大战掠夺者2》（Alien Vs. Predator 2），“木星”将用于《无人永生2》的开发，“深蓝”用于开发PS2版《无人永生》。

《F.E.A.R》

CryTek公司的CryENGINE

在DOOM3和半条命2的同时代，育碧公司利用德国一家公司利开发的CryENGINE引擎做出了另一款画面堪称鬼神级的游戏―《FarCry》（孤岛惊魂），游戏一推出，就赢得了大片赞叹之声。

《孤岛惊魂》的画质达到了当时的巅峰

　　CryENGINE引擎的开发者是德国的CryTek，当时名不见经传，在游戏引擎开发上属于新生代，但是第一次出手就表现不凡。CryENGINE引擎使用了“PolyBump”特效，利用很少的多边形做出了大量多边形才能实现的游戏效果，游戏中的动态光影效果也非常出色。

CryENGINE引擎打造的画面即使现在看起来也很高

　　CryENGINE引擎还HDR高动态压缩、3Dc等技术，后期还通过patch补丁升级了SM3.0支持，画面又有所增强。

　　《孤岛惊魂》作为CryTek公司初出茅庐之作，展示技术实力的目的是达到了，但是引擎授权方面并不算成功，除了《FarCry》在主机平台的几款游戏之外，仅有NC Soft购买了授权用在自家的网游上，这款网游也正是现在火爆的《永恒之塔》（AION）。

《永恒之塔》的高画质便得益于CryENGINE引擎的超强表现

虽然第一代引擎出师不利，但是CryTek的CryENGINE2引擎在DX10时代缔造了另一个画质新高，那就是著名的显卡危机―《Crysis》（孤岛危机）。还记得ID公司Doom3的主程放话说Doom3出来会统治游戏市场5年，但显然二年后Crysis就超越了Doom3，可见CryEngine2引擎的强大。

　CryENGINE2在一代基础上大幅强化，全面支持DX9中的SM2.0/3.0和DX10中的SM4.0，引擎完整涵盖了游戏开发中的3D图像、游戏音效、AI人工智能、物理效果、脚本系统、动画系统、编辑器等，可为游戏开发者提供强大的可视化开发环境，此外CryENGINE2还支持64位系统，多核心多线程处理。

游戏引擎未来

游戏引擎未来相关文章较少，下面都是笔者个人观点，大家凑活着看，也欢迎有不同意见来喷。通过前面的介绍，相信大家对游戏引擎有了一定的了解。游戏引擎就是游戏发展的产物，它能缩短游戏开发过程，提高游戏质量。

你百度次世代引擎，那么之前提到的各大厂商他们正在努力开发他们下一代的引擎，他们称之为次世代引擎。笔者则认为游戏引擎由游戏发展而来，今后游戏市场怎么走会引领着游戏引擎技术变革。我们下面来看些数据：

2012年上半年，客户端网游实际销售收入197.3亿元，同比增长12.5%。与2011年上半年的同比增长率32.4%相比，下降幅度超过一半。

2012年上半年，网页游戏市场的实际销售收入38.2亿远人民币，比2011上半年增长了46.7%。中国网页游戏用户数达到2.05亿人，比2011年上半年增加了27.7%。预计到2012年底，网页游戏用户数将达到2.3亿人。

2012年上半年，中国移动网络游戏市场实际销售收入12.6亿元人民币，比2011年上半年增长了54.4%。2012年上半年，中国移动网络游戏用户数达到0.78亿人，比2011年上半年增减了70.9%。预计到2012年底，中国移动网络游戏用户人数将达到0.98亿人。

从上述端游、页游、移动游戏销售来看，页游和移动游戏有着广阔的发展前景，那么在新的游戏领域，是否会有经典的引擎出现？我们从当前的页游市场去分析，从08年后，各大网游公司进入页游市场，可谓页游的黄金发展时代。除了SNS小游戏，策略类、MMORPG游戏也在页游中快速发展。虽然画面、表现力上不及端游，但它的便携性受到很多白领的追捧，假如日后随着技术发展页游能不断在画面、表现力上突破，那么赶超端游也未尝没有可能。

当前页游使用比较多的技术是js和flash，以后随着html5的发展，可能会成为新的趋势。前二天看了一段Aves Engine -HTML5网页游戏引擎演示视频，还是很震撼，虽然是二年前的视频。（ http://v.youku.com/v_show/id_XMTgzMDE1MTY0.html）

这个Dextrose AG开发商使用HTML、CSS、JavaScript开发的引擎，会让你原来页游也可以如此之炫。

游戏可以根据你浏览器大小自动调整，你游戏地图很大，那么在大显示屏上就可以显示多点的地图。

Action Surfaces，通过APIs来分享和交换数据，如下图，游戏中的电视机可以播放视频，玩游戏中的游戏等。