问题

游戏引擎是个什么东西?

回答
游戏引擎(Game Engine)是一个集成了多种工具和功能的软件框架,旨在简化和加速游戏开发的过程。你可以把它想象成一个为游戏开发者量身打造的“超级工具箱”或者“开发平台”。

游戏开发是一个复杂且庞大的工程,涉及图形渲染、物理模拟、声音处理、用户输入、AI(人工智能)、网络通信、资源管理等等方方面面。如果开发者需要从零开始编写所有这些底层功能,那将是一项几乎不可能完成的任务,而且效率低下,成本高昂。游戏引擎的出现,就是为了解决这个问题,它提供了一套已经开发完善的基础设施,让开发者能够专注于游戏的核心玩法和创意实现。

下面我们来详细拆解游戏引擎的各个组成部分和功能:

一、核心功能模块 (Core Functionality Modules):

这是游戏引擎最基础、最核心的部分,也是它最能体现“引擎”价值的地方。

1. 渲染引擎 (Rendering Engine) / 图形引擎 (Graphics Engine):
作用: 负责将游戏世界中的三维(或二维)模型、纹理、光照、特效等信息,经过一系列复杂的计算,最终转换成我们能在屏幕上看到的图像。
主要功能:
3D 模型加载与渲染: 加载(如 .obj, .fbx, .gltf 等格式)和绘制三维模型,包括顶点、边、面等几何信息。
纹理映射 (Texture Mapping): 将二维图像(纹理)应用到三维模型表面,增加细节和真实感。
着色器 (Shaders): 用来控制模型表面的材质属性,比如颜色、反光度、透明度、凹凸感等。着色器是实现各种视觉效果(如PBR物理基础渲染、卡通渲染)的关键。
光照模型 (Lighting Models): 模拟真实世界的光照,包括方向光、点光源、聚光灯等,以及光照如何与物体表面交互(如漫反射、镜面反射)。
阴影 (Shadows): 根据光照方向和物体遮挡关系,计算并渲染物体投射的阴影,增加场景的立体感和真实感。
后期处理 (Postprocessing): 在图像渲染完成后进行的视觉效果处理,如颜色校正、景深 (Depth of Field)、运动模糊 (Motion Blur)、屏幕空间环境光遮蔽 (SSAO) 等。
粒子系统 (Particle Systems): 用于创建和渲染各种动态效果,如火焰、烟雾、爆炸、雨雪等。
2D 渲染: 很多现代引擎也支持高效的2D渲染,用于UI界面、2D游戏或2D混合场景。

2. 物理引擎 (Physics Engine):
作用: 模拟真实世界的物理规律,让游戏中的物体能够根据力学原理进行运动、碰撞和交互。
主要功能:
刚体动力学 (Rigid Body Dynamics): 模拟非形变物体的运动,包括重力、摩擦力、空气阻力、碰撞响应等。
碰撞检测 (Collision Detection): 检测不同物体之间是否发生碰撞,包括形状(球体、盒子、胶囊体、网格体等)的碰撞。
碰撞响应 (Collision Response): 在碰撞发生后,根据物理规则计算物体如何反弹、滑动或停止。
关节 (Constraints/Joints): 模拟物体之间的连接关系,如铰链 (Hinge)、球形关节 (BallandSocket)、弹簧 (Spring) 等,用于创建复杂的机械结构或布娃娃系统。
布料模拟 (Cloth Simulation): 模拟布料的物理行为,如飘动、碰撞。
流体模拟 (Fluid Simulation): 模拟水的流动、爆炸气体的扩散等。

3. 音频引擎 (Audio Engine):
作用: 管理和播放游戏中的声音效果和背景音乐,并允许开发者控制音量、位置、音效等。
主要功能:
音频文件加载与解码: 加载各种音频格式(如 .wav, .mp3, .ogg)并解码播放。
音频混合 (Audio Mixing): 将多个音频源(音乐、音效、对话)混合在一起播放,并控制它们的相对音量。
空间音效 (Spatial Audio): 根据物体在游戏世界中的位置,调整声音的音量和方向,让玩家感觉声音是从特定方向传来的,增强沉浸感。
音频特效 (Audio Effects): 应用各种音频处理效果,如回声 (Reverb)、均衡器 (EQ)、失真 (Distortion) 等。
音频事件系统 (Audio Event System): 允许开发者通过事件来触发声音播放,例如“玩家跳跃”事件触发“跳跃音效”。

4. 输入系统 (Input System):
作用: 接收和处理玩家的输入指令,并将这些指令转化为游戏内行为。
主要功能:
跨平台输入管理: 支持键盘、鼠标、手柄、触摸屏等多种输入设备。
输入映射 (Input Mapping): 将物理按键或触控操作映射到游戏中的具体动作(如“W键”映射为“前进”)。
输入缓冲与事件处理: 捕获输入事件并将其分发给游戏逻辑处理。

5. 脚本系统 (Scripting System):
作用: 允许开发者编写游戏逻辑、行为和互动规则。这是游戏引擎最灵活的部分。
常见脚本语言: C, C++, Lua, Python, GDScript (Godot) 等。
主要功能:
控制游戏对象: 移动、旋转、缩放游戏中的物体。
实现游戏逻辑: 控制角色行为、触发事件、管理游戏状态、实现AI逻辑等。
与引擎API交互: 通过脚本调用引擎提供的各种功能。

6. 资源管理系统 (Resource Management System):
作用: 高效地加载、管理和卸载游戏中的各种资源,如模型、纹理、音频、动画、脚本等。
主要功能:
异步加载: 在不阻塞主线程的情况下加载资源,防止游戏卡顿。
内存管理: 有效地分配和释放资源内存。
资源打包与优化: 将资源打包成适合游戏引擎读取的格式,并进行优化以提高加载速度和减少内存占用。

7. 动画系统 (Animation System):
作用: 控制游戏角色和物体的动画播放,实现生动形象的动作。
主要功能:
骨骼动画 (Skeletal Animation): 通过控制骨骼的运动来驱动模型的变形,是3D角色动画的主流方式。
动画混合 (Animation Blending): 平滑地切换或混合不同的动画,如从站立动画平滑过渡到行走动画。
动画状态机 (Animation State Machines): 用来管理角色在不同状态下的动画切换逻辑。
形变动画 (Morph Target Animation): 通过改变模型顶点的位置来实现面部表情或物体变形动画。

8. UI系统 (User Interface System):
作用: 帮助开发者创建游戏中的用户界面,如菜单、血条、按钮、对话框等。
主要功能:
可视化编辑器: 提供拖放式的UI布局工具。
组件化设计: 允许创建可重用的UI元素。
交互逻辑: 支持UI元素的点击、拖拽等交互。

9. 网络引擎 (Networking Engine):
作用: 支持多人在线游戏所需的网络通信功能。
主要功能:
客户端服务器架构: 实现玩家与服务器之间的数据同步和通信。
数据同步: 确保所有玩家看到的游戏状态一致。
网络预测 (Network Prediction) / 回滚 (Rollback): 用于减少网络延迟对游戏体验的影响。

二、开发工具与工作流程 (Development Tools and Workflow):

除了核心功能,游戏引擎还提供了一系列辅助工具和一套标准的工作流程,极大地提高了开发效率和协作性。

1. 集成开发环境 (IDE) / 编辑器 (Editor):
作用: 这是游戏开发者最常打交道的界面。它集成了上述所有功能模块的可视化操作和配置界面。
功能包括:
场景编辑器 (Scene Editor): 用于在三维或二维空间中放置、移动、旋转、缩放游戏对象,构建游戏关卡。
资源浏览器 (Asset Browser): 管理和导入游戏中的所有资源文件。
属性编辑器 (Property Editor): 用于调整游戏对象和组件的各种参数。
代码编辑器: 集成脚本语言的编写、调试和编译功能。
调试器 (Debugger): 帮助开发者查找和修复代码中的错误。
性能分析工具 (Profiler): 分析游戏运行时的性能瓶颈,如CPU占用、内存使用、渲染帧率等。
版本控制集成: 集成Git等版本控制系统,方便团队协作。

2. 工作流程支持:
可视化编程 (Visual Scripting): 一些引擎提供节点式的可视化编程工具(如 Unreal Engine 的 Blueprint),让不擅长写代码的美术或策划人员也能参与游戏逻辑的制作。
可扩展性 (Extensibility): 允许开发者创建自己的插件、工具或修改引擎的行为,以适应特定的项目需求。
跨平台支持: 允许开发者一次开发,然后将游戏发布到多个平台(PC、主机、移动设备、VR/AR等)。

三、游戏引擎的分类:

游戏引擎可以根据不同的标准进行分类:

根据渲染特性:
3D 引擎: 主要用于开发三维游戏,如 Unity, Unreal Engine, CryEngine。
2D 引擎: 主要用于开发二维游戏,如 GameMaker Studio, Construct, Godot 的2D模块。
跨平台引擎: 既能处理3D也能处理2D,并且支持多平台发布,如 Unity, Unreal Engine, Godot。

根据商业模式:
商业引擎: 通常需要付费授权,如 Unreal Engine (基于收入抽成), CryEngine。
免费/开源引擎: 可以免费使用,源代码公开,允许修改和分发,如 Unity (有免费版和付费版), Godot, Ogre3D。

四、为什么使用游戏引擎?

1. 提高开发效率: 大大缩短开发周期,因为许多底层功能已经内置并优化。
2. 降低开发成本: 减少从零开始编写代码的巨大投入,降低对团队技术栈的要求。
3. 集中精力于创意: 让开发者可以更专注于游戏玩法、美术风格和用户体验等核心创意内容。
4. 易于迭代: 可视化编辑器和脚本系统的结合,使得游戏逻辑的修改和测试更加便捷。
5. 跨平台能力: 简化了将游戏移植到不同平台的工作。
6. 社区支持和生态系统: 知名游戏引擎通常拥有庞大的开发者社区,提供大量的教程、插件、资源和技术支持。

五、一些主流游戏引擎举例:

Unity: 功能强大且灵活,易学易用,尤其在独立游戏开发、移动游戏开发和VR/AR开发领域非常流行。使用C作为主要脚本语言。
Unreal Engine (UE): 以其顶级的图形渲染能力、强大的工具集和蓝图可视化脚本系统而闻名,常用于开发AAA级大作、PC和主机游戏。使用C++和蓝图。
Godot Engine: 一个完全免费且开源的跨平台游戏引擎,轻量级,拥有自己的脚本语言GDScript(类似Python),同时也支持C和C++。在独立游戏开发者中越来越受欢迎。
CryEngine: 以其出色的图形表现力著称,尤其在写实主义场景渲染方面有优势。
GameMaker Studio: 专注于2D游戏开发,提供易于上手的拖放式编程和自己的脚本语言GML。

总而言之,游戏引擎是现代游戏开发不可或缺的基础设施。它是一个集成的软件工具包,通过提供预先构建好的核心功能和友好的开发工具,让游戏开发者能够更高效、更轻松地将创意转化为可玩的游戏。没有游戏引擎,很多我们现在玩到的精彩游戏将难以想象。

网友意见

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游戏引擎是一种强行遏制单体水平性质的格式固定器,相当于打了底稿的八股文完型填空器,使用者可以选择一种完型填空自动填出一篇好文章。

也许每一个程序都告诉你,他们可以手写这个手写那个牛逼不得了。但是如果没有完形填空器的话,会出现以下问题:①人们无法展开合作,因为每个人写法风格,工作效率不一样,而一个人是很难制作当代的软件工程的,如果有人声称他一个人做了什么,尤其是独立游戏之类的,那百分之八十都是可笑的谎言;②大部分工程师其实没那么强,他们其实没兴趣的话无法手写出什么好东西,而且他们的心灵很脆弱,接受不了反复调试和报错(作为外行的你心灵比他们脆弱100倍);③必须要完形填空器才方便反复修改和多人协作,撕逼甩锅;④不是只有工程师参与工作,还有很多不懂写文章的人需要完形填空器强行填空才能把东西做出来,比如说策划,美术。

低级的完形填空器只能写一种格式,比如游记这种格式中的,《登香山》的复刻版:《登泰山》,《登黄山》,《登X山》,限定的比较死,但是适合小学生写。内容无非是秋高气爽凉风习习,我骑着自行车去玩,一路上同学们欢声笑语,到了山顶俯视地面,啊,好美啊。其抽象出来的形态是:“我骑着[哔——](名词)去玩,一路上[哔——](名词)[哔——](动词成语),到了[哔——](地理名词)[哔——](动词)[哔——](名词),啊,[哔——](感叹词)。”

到了这一步,这《登X山》是不是可以写你自己想写的捏?很容易,只要这样就行了:“我骑着身下哀嚎的恐怖野兽去玩,一路上白骨遍地,肠脏曝天,到了祭坛顶端我拿起鞭子狠狠抽着人类囚犯,啊,真让人觉得爽。”好了,这样一篇魔改的《登尸山》就写好了。但是你要注意的是,引擎给的框架限定了你在每一个填空那里需要使用的词性,而《登尸山》改动了一些词性,这就需要你自己进行改动了,比如说“自行车”和“哀嚎的恐怖野兽”,不仅仅是加了一个形容词的差别,自行车是一个不能自己动的两轮机械造物,而“哀嚎的恐怖野兽”是一个看上去具有自己生命的东西。这个小学生版本的游记引擎只给你预装了人力机械造物的描述词,你必须用这个东西告诉引擎怎么假装有一个“哀嚎的恐怖野兽“。这个也不难,引擎预装的自行车是

预装自行车{

轮子:2个{同向圆周运动};

启动方式:有个人骑着{注释:人就是无羽之两足动物}

预装材质:机械;

}

你改装就是:

预装自行车{

(改名:自行车→野兽)

轮子:4个{非常极端的椭圆运动}{注释什么叫极端的椭圆运动几百字...}

启动方式:自己就能动{注释:虽然自己能动,但是有人骑着才能往一边走}

预装材质:毛{注释:毛就是很小的机械毛刺覆盖全身装一万个}

}

这样就改好了,把自行车改成了野兽。奥对了,还需要让野兽嗷嗷乱叫,这个引擎里没装,你上网搜索一个预装载的“发出嗷嗷乱叫的代码”就好了。

这个“嗷嗷乱叫机器代码”应该长这样:

function嗷嗷乱叫{

连通双声道音响

让音响播放一个文件

一个文件说的是这个文件:嗷嗷乱叫.avi

结束

}

解决了。

如果你想换几个句子呢?可以进一步改动引擎,调试框架。

但这说到底不过就是一句话而已,你想用前人给出的八股文生成器做更伟大的东西。

高级的完形填空器可以写《芬尼根守灵夜》,《复活》。以及其实根本不存在的虚假文章,比如博尔赫斯提到的世界上所有的书的集合书,其实那个东西人做不来,只有上帝能做,但高级完形填空器可以在你读得同时变化内容,让读书的人以为这就是那本传说中的书。读者惊呼你不可战胜,疯狂给你打钱,这下可赚大了...

也许你没想到,高级的完形填空器还可以自己做自己...他可以在符合信息熵定律的情况下自己把自己做成一个完形填空器的样子....

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