游戏引擎，3D引擎，物理引擎以及其他。

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某自称xxx老师的ID说我没实际本事。好吧，我怎么也算是写过几年程序，也算曾经当过业内人士，这次就来简单喷喷游戏引擎，3D引擎，物理引擎以及其他，看看到底是谁没营养

。

出错请指出，欢迎讨论，要战的话请拿出所引用的参考文献的出处。

一，游戏引擎

在游戏的启蒙时代，其实是没有游戏引擎的，那时候的游戏足够简单，类似于pacman之类的游戏用头发想想也明白它根本用不到引擎这种概念。

随着游戏的复杂，对游戏项目的复杂性和开发周期提出了更高的要求。首先是代码的重用，为每个游戏完全重写一套代码实在是不划算，而且伴随代码的重写，测试的压力也很大

。其次是开发周期的压力，商业竞争要求游戏厂商要足够快地推出更复杂更好玩的游戏，把游戏的内容硬编码进代码很快成为了一种很愚蠢的做法，因为这样的话，简单的修改就

会牵扯很多地方。

于是，游戏引擎的概念被提出，从游戏架构上来说，3d的fps和2d rpg/slg可能是最早引入引擎概念的。而随着技术的进步，引擎也越来越成熟。

那么，游戏引擎究竟做了什么？

1 封装了硬件平台和操作系统的功能调用。
大多数的通用引擎封装了硬件平台和操作系统的功能调用，用统一的接口暴露给程序员，这样便做到了跨平台。举个例子，绝大多数的pc游戏引擎都同时支持DirectX和openGL，为

Windows编译好的游戏可以用DirectX，为Linux编译的版本则显然会自动使用openGL，而这些在某种层次上可以做到对程序员透明（当然，3D部分是最麻烦的，稍后说明）。

2 提供基本的功能服务。
游戏引擎会提供一些基本的功能服务。
比如：
A 对文件系统的抽象，研发的时候直接读取硬盘上的游戏资源，发行版本自动改为读取打包文件中的资源。
B 提供统一的对象管理，大部分是树装的层次结构。
C 内存管理，异常处理
D 游戏脚本支持，把游戏引擎的功能以脚本函数的方式暴露给脚本，这样可以在脚本中编写游戏逻辑，操作游戏引擎，大大方便了修改游戏，举个例子，WOW的UI部分就暴露了脚本

接口，玩家可以自己用LUA编写UI插件。

3 提供一个易扩充的框架结构
很多游戏引擎是易扩充的，比如更换渲染模块，添加物理引擎等，这样可方便的针对项目量体裁衣。比如我需要DirectX不需要物理引擎，都可以自由定制。

4 提供研发用的编辑器
很难想象没有编辑器如何做游戏。玩家熟悉的编辑器举几个例子：星际争霸，魔兽争霸3。

二，3D引擎

随着技术的进步，现在的游戏基本都使用3D技术来渲染画面了，很多玩家根本就想不到即便是那些看起来是2D的游戏，其实也是用3D模式渲染的。举个例子，PS2的GS硬件上对纯2D

其实基本可以说没有支持，PS2的2D游戏，基本上都是用正交投影的3D模式渲染的，不论是 SSF3.3还是GGXX都是这样，平面的人物也是用三角形构成的。用3D有很多优势，比如3D

硬件速度快，支持alpha十分简单等等。

如果大家学过D3D或者openGL，就会发现往屏幕上画一个三角形，贴图然后让它转起来，其实很简单，关键的代码不超过50行，那为什么还要搞出3D引擎这种听起来很华丽的词汇呢

？

工程学上，盖一个平房和造帝国大厦，其规模和复杂性完全不在一个数量级。同理，往屏幕上画一个三角形，贴图然后让它转起来和大家玩到的FF12也完全不是一个档次。现实生

活中的游戏太复杂了，以至于必须要3D引擎来完成很多工作。

1 场景。
游戏引擎需要管理场景，也就是玩家所在的某个区域，不管是战场还是道具屋。根据需要剔除不需要显示的部分（对于FPS来说玩家身后显然是永远也看不到的）。

2 对象
游戏引擎需要管理场景中的对象，比如一个木桶，一棵树，在需要的时候向硬件提交对它们的渲染。

3 动画
这里的动画指的是3D物体的动作。游戏中有很多需要动画的地方，例如草的摆动，开门，乃至于玩家控制人物的走动。很难想象手工写代码去计算构成玩家角色的每一个三角形的

坐标变换。常见的方法都是在3D创作软件中设置好动作然后导出，动作用专用的脚本来描述，3D引擎会对它进行解释。

4 渲染
我这里只就现在的先进的渲染方法来说。现在的pc和console硬件都具备了可编程的显示硬件（不论是pc还是ps3，xb,xb360），叫做shader，shader分为两种：vertex shader和

pixel shader，更先进的硬件还会提供一种叫做 geometric shader 的可编程硬件。shader是在显卡上的，它需要对应的代码来运行，可以用shader的汇编或者专用的c语言来编写

shader（我有个朋友就喜欢用汇编直接写shader - -b）。shader使用起来没有想象的那么难，买本nv的CG教程，至多三天就能大概知道怎么用了。

渲染每一个模型的时候，乃至于渲染模型的不同部分，动作的不同阶段，3D引擎会自动选用适当的shader来执行渲染，手工完成这件事情几乎是不可能的。


三，物理引擎

越来越多的玩家对游戏的感官真实性提出了要求，他们追求更真实，于是仿真现实世界的物理引擎被提出来，物理引擎把游戏中的物体的行为进行修饰，让他们表现得看起来更真

实。举个简单的物理引擎的例子：直到CS 1.6，游戏玩起来还是那个样子，然而CS:Source则不同，尽管只用了简单的物理效果，我们已经可以用枪击倒油桶之类的物体了。

那么物理引擎究竟是怎么工作的呢？依我看来物理引擎其实有两个任务：物体之间的物理交互，物体自身的物理交互。

1 物体之间的物理交互。
比如刚才说的子弹击中油桶，油桶被击倒。这个比较简单，CS中子弹是没有体积概念的，这种碰撞计算很简单。而其他的类型就不那么简单了，比如有立方体的碰撞，球体碰撞，

乃至于曲面的互碰撞计算。不要忘了，这可是3D坐标系中的碰撞计算，回想一下你的空间解析几何知识吧，这种计算对资源的消耗有多么大。

2 物体自身的物理交互
如果我击中了一块玻璃，玻璃碎掉或者扫射旗子，旗子上被打出很多弹孔，这也需要物理引擎来帮忙，当然并不是必须的。但是玻璃的碎裂如果要求很真实，用物理引擎计算碰撞

的结果就很必要了，碰撞是仅导致玻璃裂开还是粉碎，取决于碰撞的强度。

题外话：游戏中的矩形玻璃最简单的实现就是俩三角形一层材质，但是，计算机很笨，玻璃碎掉它不会自动增加多变形来表达每一个碎片。即便是物理引擎也不会做这件事情。现

在都是需要程序员做额外的工作，未来DX10会提供geometric shader，做这个工作就会大大简化。

四，其他

刚才说了很多理论和原理上的东西，那么游戏引擎，3D引擎，物理引擎是怎么攒到一起的呢？前面说了，游戏引擎是个框架，3D引擎，物理引擎被装在里面。更进一步说，其实物

理引擎是受制于3D部分的。物理引擎要计算的物体数据是3D引擎提供的。

下面是一个简化的frame渲染流程：

调整3D场景状态（CPU）
处理输入（CPU）
处理音效（SPU）
处理物理效果（CPU/SPE/PPU/GPU）
渲染3D（GPU）
渲染2D（GPU）

这个流程可以说基本上所有的游戏都会有，而且我也把主要负责的模块写在了后面。从目前的技术来看，程序中能充分发挥多核，也就是多处理器优势的部分，必定是能够多线程操作的部分，就游戏而言，网络通信和处理音效是最容易多线程化的，因为它们本质上就必定是多线程实现。渲染基本上是单向的，CPU向GPU提出需求，除非CPU需要GPU的运算结果，这种情况不是很多。

好，现在剩下处理物理效果（CPU/SPE/PPU/GPU），对于没有专用物理硬件的环境来说，目前常见的就是用CPU来算这种对浮点要求极高的任务，当然，PS3可以借助CPU中的SPE。未来可能会有用GPU来协助的实现。当然最好的就是用专用硬件，传说中的xx物理加速卡。这里有个关键的问题，这种运算很难多线程，换句话说，渲染之前，必须等待物理计算完成，如果我们采用的是CPU来计算，很可能计算速度不够，速度不够的结果我就不用再多描述了，玩过游戏的人都知道这意味着什么。

好，基本上我要说的技术上的也就这么多，现在回头来看看某xxx老师的言论：“havok是负责物理，和丢帧没什么关系。”，希望大家可以笑一笑了。

需要补充的是，用CPU计算物理，如果要想达到可以接受的效果，速度上基本上不可接受（以目前高端民用的CPU来论）。

Ageia PhysX物理加速卡的官方销售人员曾和我们部门联系过，也寄过一些技术资料和演示，demo之类的我还是见过的。

引用:

原帖由 foxhounds 于 2007-1-28 20:14 发表
感觉写得很好,要支持


PS:开头的XXX老师是谁哦..

你去playstation版看看就知道了，一个老“专家”

引用:

原帖由 jinwyp 于 2007-1-29 02:09 发表



我想问一下你知道那个物理卡 cpu相当与现在cpu多少吗?


其实现在的cpu模拟物理完全没有问题  但目前的x86的硬件结构不适合 做物理  虽然数度上可能有些问题  其实是cpu还要跑xp这样os的软件 而且更适 ...

没错，通用CPU完全不适合做这个，当然也包括ps3和xo的主CPU。

大量浮点+并行运算  其实这正是显卡的强项，所以 ATI 叫嚷着要用显卡来计算物理当然有其根据。

但是目前已经实现的软件物理引擎，可以说基本上还都是用CPU老哥自己扛着的  - -;

引用:

原帖由 hudihutian 于 2007-1-29 16:50 发表


就不说你啥了，去稍微有点水平的显卡／ｃｐｕ论坛学习一下……

应该就可以知道啥是ａｍｄ（ａｔｉ已经不存在了）公司为啥要收购前ａｔｉ，以及其ｃｐｕ与ｇｐｕ溶合技术的发展方向，以及达人对ｃｅｌｌ的 ...

个人还不是很习惯AA合并后的称呼。

另我说的是ps3的主CPU，而不是完整的CELL，CELL 在我看来就是 PowerPC + DSP

CPU和GPU的溶合还是个很前卫的话题，x86架构的历史包袱太重了，近期不要指望能有什么突破性的进展

gz确实都是玩硬件的，但是我们讨论的是软件。