随着 IT 产业的蓬勃发展,越来越多的幵源 3D 引擎、商业 3D 引擎都涌现出来了,其中最具代表性的有用于移动端开发的 Unity3D、用于 PC 端开发的虚幻4(Unreal Engine 4,UE4)以及幵源图形学
Unity 引擎在市面上比较流行,相信大多数 IT 开发者都使用过,先以 Unity3D 引擎为例介绍引擎的原理,Unity3D 引擎提供了一个功能非常强大的编辑器供用户开发使用。
支撑编辑器运行的是许多己经封装好的 DLL 文件,读者可通过其安装目录查看许多 DLL 动态库文件,这些封装的 DLL 动态库就是 Unity3D 引擎底层封装提供的。
游戏开发者在使用其开发游戏写具体逻辑时,也需要利用 C# 脚本调用动态库 DLL 封装的函数接口,从而能够执行引擎底层的代码,实现想要的效果。接口的使用可通过查看 Unity 帮助文档获取,它的底层代码的实现对用户来说是不可见的,但这不妨碍使用者开发项目,因为使用者只要知道函数的功能就可以了。
3D 引擎本身也是一种 3D 软件,主要负责处理游戏虚拟世界的渲染,3D 引擎架构设计其实非常复杂,用到的知识点非常多,比如设计模式、多线程编程、算法、GPU 编程等,但是不管多么复杂,其最基本架构思想还是模块化开发,就比如打篮球一样,不论采用哪种战术跑位,最基本的还是挡拆战术。
继续模块思想的讨论,以模块化思想设计的 3D 引擎便于扩展,可以有效地减少模块之间的耦合性。
开发3D游戏引擎时,切记面面倶到;换句话说,3D 游戏引擎的主要功能是渲染。在这方面做得比较好的是开源的 Ogre 图形学引擎及商业引擎 UE4,它们核心功能只是负责 3D 渲染,做 3D 引擎该做的事情。
对于 Unity3D 引擎,它在 3D 引擎渲染的基础上还增加了网络库等功能,对于引擎来说显得过于臃肿;当然这里不是说 Unity3D 引擎不好,只是其功能太多,对开发者来说并不一定是好事情。
这种做法对引擎自身来说也不一定是好事情,因为这样引擎的功能失去了重点,所以一提到 Unity3D 引擎,大家的第一印象是其跨平台功能,与引擎核心功能渲染不搭边,而对于 UE4 引擎,大家的第一印象是渲染,UE4 在渲染这方面做得非常专一,结果就是 UE4 引擎渲染功能比 Unity3D 引擎更强大。
当然 Unity3D 引擎的优点也是非常多的,比如引擎的架构设计使用了组件的理念,使用脚本写逻辑,可以跨多个平台等,而且对于初学者上手非常快,这也是它能快速普及的一个主要原因。
如果要开发一款引擎具体如何做?引擎由哪些主要模块组成?
游戏引擎涵盖的模块非常多,它是一个处理游戏所有逻辑的系统。引擎渲染功能是否强大,决定了游戏渲染品质的高低,以及游戏渲染运行的流畅度。
下面简单介绍一下通用的 3D 游戏引擎架构,如图1所示。
图1:通用的游戏引擎架构
游戏逻辑是最顶端的,也就是所说的游戏产品,一般的游戏开发者都是开发这层的逻辑。
3D 引擎包括了很多功能模块,图1-1所列举的只是比较核心的引擎模块,引擎最终会编译成动态库 DLL 或者静态库 LIB,方便游戏逻辑幵发者调用其函数接口。
当然引擎模块内容对用户是不可见的,就像一个黑匣子一样,它里面封装了游戏开发用到的所有模块, 比如图1-1所示的声音模块、渲染模块、内存管理、输入系统、物理系统等。
游戏引擎的渲染模块会选择使用微软的 DirectX 库或者开源跨平台的 OPENGL、OPENGLES 图形库, 图1-1所示的是传统的引擎架构图。
市面上很多公司研发的跨平台 3D 引擎,都是基于 OPENGLES 图形库开发的,比如网龙、网易、腾讯、蜗牛、完美等知名 IT 公司都有自己研发的引擎,引擎的研发也代表着一个公司的研发实力。
对于程序员来说,掌握了 3D引 擎开发技术,就等于掌握了游戏的核心技能,在国内研发 3D 引擎的人毕竟是少数,所以 3D 游戏引擎研发市场缺口很大。所以作为程序员来说,应该努力去掌握 3D 引擎研发技能,这样在 IT 激烈的竞争中才能立于不败之地。
当然对于个人开发者来说,开发一款功能很强大的引擎是不现实的,其涉及的模块太多,一个人无法在短期之内完成。