3D= 游戏引擎FAQ*

关于作者：

版本号：v1.0；写作时间：<= st1:chsdate Year=3D"2006" Month=3D"8" Day=3D"4" IsLunarDate=3D"False" IsROCDate=3D"Fals= e" w:st=3D"on">2006-8-4

作者信息：

姓名：韩红雷<= span lang=3DEN-US>

单位：中国传媒= 大学动画学院

主要研究方向：= 计算机图形学、计算= 6426;动画技术、游戏引ਔ= 6;

Email：<= span lang=3DEN-US>hanhonglei@cuc.edu.cn

blog：<= span lang=3DEN-US>http://hanhongl= ei.spaces.live.com/

1. 3D引擎（3D eng= ine）、3D编程语言（3D language）和= 3D创作系统&#= 65288;3D authoring system）的区别是什么？

3D引擎是3D图形函数&#= 24211;。在因特网上有很ä= 10;3D引擎，其&#= 20013;有一些还是免费的ʌ= 92;有些商业化的引擎价= 格在50美元到25万美元之&#= 38388;。3D引擎需要&#= 20351;用外部的开发系统Ĉ= 69;编写程序，使用最多= 的是是微软的Visual C++。围= 绕3D引擎通过&#= 32534;程来开发游戏具有Ĉ= 97;大的自由度，但也需= 要很多的经验、工作= 1644;时间。

3D编程语言&#= 25552;供了一种更加容易į= 40;编写3D应用程序&#= 30340;方法，因为你使用į= 40;是一种专门为3D游戏设计&#= 30340;脚本语言来编写DirectX界面= 。这种语言不受3D引擎速度&#= 21644;自由度的影响，并Ç= 88;避免了使用“真正”&#= 32534;程语言带来的问题z= 90;很多3D编程语言&#= 20351;用Basic——&#= 19968;种比较容易学习的Ŧ= 21;言，但由于其落后的= 语言结果，所以并不= 6866;合于编写大而复杂௚= 0;游戏。比较适合于当&= #21069;游戏开发需要的是= 522;于C或者JavaScript的语= 言。

创作游戏最简单= 的方法是使用3D创作系统&#= 8212;—它们有自己的3D引擎，并&#= 19988;具备可视化编辑器ʌ= 92;可以很快地创作一个= 游戏原型。当然了，= 1482;有很简单的游戏才ࡤ= 7;能绕开编程，创作系&= #32479;一般都提供脚本语#= 328;来进行编程或定制游= ;戏。利用创作系统，&#= 20877;加上对独立3D引擎的编&#= 31243;，可以在很短的时ſ= 88;内创作一款游戏，很= 多大的游戏公司都开= 2987;使用创作系统来开ࡡ= 7;游戏了。

一些简单的创作= 系统针对FPS（<= span lang=3DEN-US>First or third Person Shooters），不提供或者只ÿ= 52;供有限的脚本编程。= 尽管利用他们开发的FPS游戏= 并没有什么市场，但= 2914;果你不希望使用脚ੑ= 2;或者不想让你的游戏&= #21830;业化的话，也可以= 351;用他们来开发游戏。= ;而多数的创作系统可&#= 20197;用来开发任何种类į= 40;游戏或者3D应用程序&#= 12290;下面是一个当下流Ŝ= 92;的系统和引擎的对比= 表：

*= *代表&#= 21487;以被显示，但需要Ļ= 32;三方工具来创建。<= /p>

$= $$表示&#= 21457;行或者销售游戏需Š= 01;额外收费或履行特定= 的条件。

该表格基于= ;2005年秋的各厂家说明= 070;，不保证所有数据的= ;正确性。如果有多种&#= 35768;可版本，选择价格Ű= 66;中的版本列出。列出= 的Gamestudio/A6属性基于Gamestudio= 网站&#= 26368;新的更新版本。

FPS

Authoring System= s

3D Languages

3D Engines<= /o:p>

3DGM<= /span>

Quest=

Radish

Virtools

A6std=

A6ext=

A6com=

A6Pro=

DBPRO=

Blitz=

TV3D<= /span>

Irrlicht

Torque

Nebula

= Crystal

Cipher

Jupiter

Price (US $)

$49

$749<= /span>

$2495=

$5000=

€49

€89

€199<= /o:p>

€899<= /o:p>

$49

$99

$100<= /span>

$500<= /span>

—

$100<= /span>

—

$100<= /span>

$1500=

$$$

Publish
restrictions

$$$

Splash

$$$

LGPL<= /span>

$$$

Renderer

DX6

DX8

DX9

DX6

DX9

DX7

DX8

DX9

Software T&L=

yes

—

yes

—

yes

—

yes

Hardware T&L=

—

yes

—

yes

Culling system

—

Portal

BSP

—

BSP

—

BSP

Portal

BSP

LOD system<= /o:p>

—

yes

—

yes

—

yes

—

yes

Terrain

yes

—

yes

—

yes

Shadow mapping

—

yes

—

yes

—

yes

Dynamic shadows<= o:p>

—

$59

yes

—

yes

—

yes

—

yes

Shader

—

yes

—

yes

—

yes

—

yes

—

yes

Particle generat= or

—

yes

—

yes

—

yes

Beam generator

—

yes

—

yes

—

Template system<= o:p>

yes

—

yes

—

Bones animation<= o:p>

—

yes

—

yes

—

yes

Save/Load System=

—

yes

—

yes

Expandable
(plugin)

—

yes

—

yes

—

yes

—

yes

Network system

—

$799<= /span>

zone<= /span>

—

c/s

zone<= /span>

p-p

c/s

—

c/s

zone<= /span>

c/s

zone<= /span>

Physics engine

—

yes

$5000=

—

1 obj=

yes

—

yes

Level editor

—

yes

—

$99

yes

—

yes

—

yes

Model editor

—

yes

—

yes

—

Script editor

—

yes

—

Script compiler<= o:p>

—

yes

—

yes

—

Script debugger<= o:p>

—

yes

—

yes

—

yes

—

Script syntax

—

Chart=

Lisp<= /span>

Chart=

Basic=

—

TCL

—

上表并不是要说= 明哪个系统更好。即= 0351;功能很相似，各系ಯ= 9;之间在速度或稳定性&= #26041;面也会有差距。对= 110;你来说哪个系统更加= ;出色主要取决于你的&#= 24037;程、目标、个人倾×= 21;，当然还有你的预算= 。你可以通过分析屏= 4149;截图、演示和使用෻= 7;用版来决定你使用哪&= #20010;系统。

2. 什么= 是渲染器（Renderer），= 什么是顶点变换和光= 9031;（T&L）？=

渲染器是3D引擎的核心部分= ，它完成将3D物体绘制&#= 21040;屏幕上的任务。根þ= 54;3D硬件使用&#= 26041;法的不同，可以分È= 26;DirectX和<= span lang=3DEN-US>OpenGL两种= 渲染器。OpenGL渲染= 器通过OpenGL图形= 库来使用3D硬件，多&#= 25968;3D卡支持这&#= 31181;方法。而DirectX渲染= 器使用微软的DirectX库—&= #8212;归并到Windows操作= 系统中。在老的3D卡上面，OpenGL一般= 绘制速度较快一些，= 2780;在现代的3D卡上面，DirectX表现= 则更加出色。现在的OpenGL版本= 只有一个，而DirectX版本= 有很多：

DX6	基本的3D支持，没有硬ߥ= 4;T&L<= span style=3D'font-family:SimSun;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-h= ansi-font-family: "Times New Roman"'>，整合于Windows95中
DX7	与DX6相似，但具有ఊ= 8;件T&L<= span style=3D'font-family:SimSun;mso-ascii-font-family:"Times New Roman";mso-h= ansi-font-family: "Times New Roman"'>，整合于Windows98中
DX8	有了重大改进，支= 5345;着色器，整合于Windows2000、ME、XP中
DX9	和DX8类似，具有类C的着色器语言ᦁ= 2;整合于WindowsXP SP2中

在一个物体被绘= 制到屏幕之前，必须= 0808;计算它的光照，并ߎ= 8;将它从3D世界转换&#= 21040;屏幕二维坐标系中ʌ= 88;这两个过程称为光照= 和顶点变换，也就是T&L，<= span lang=3DEN-US>Transformation & Lighting）。渲染器可以使ī= 92;自己的算法（软件<= span lang=3DEN-US>T&L），= 也可以使用3D硬件（硬&#= 20214;T&L，<= span lang=3DEN-US>OpenGL和<= span lang=3DEN-US>DirectX7或以= 上版本）来完成这个= 0219;务。在老的系统上ᦁ= 2;必须模拟硬件T&L，所= 以运行速度很慢；而= 2312;新一代的3D卡（GeForce和<= span lang=3DEN-US>Radeon）上= 面，硬件T&L运行= 十分快，并且比软件T&L光照= 效果要好。一些渲染= 2120;对两种方法都支持ᦁ= 2;这样可以让硬件发挥&= #26368;大的效果。

3. 什么= 是剔除（culling）系= 统和LOD系统= ？

剔除系统可以只= 绘制出游戏场景中未= 4987;墙及其他物体遮挡௚= 0;部分。一般的剔除系&= #32479;是基于BSP树或= 者入口（Portal）的= 。BSP树系= 统是最快和最有效的= 2330;景组织结构，特别਷= 9;对于室内场景来说，&= #20294;是BSP树必= 须在场景编辑器中预= 5745;算。渲染器不支持߳= 1;用八叉树（Octree）来= 组织场景的剔除。多= 5968;商业化3D引擎使用&#= 22522;于BSP树的= 剔除系统。如果使用BSP树的= 剔除系统的话，室内= 8210;染速度和场景大小ӌ= 9;对象数目无关，甚至&= #22312;老的PC上都可以&#= 20351;游戏以正常的帧率Ű= 16;行。

LOD系统= 可以增加室外场景的= 4103;率。如果摄像机离୰= 9;体比较远的话，它可&= #20197;自动将物体转换为R= 20;简单”形体，这样就&= #20943;少了每帧要绘制的= 810;边形数目。

4. 什么= 是阴影贴图（Shadow Mapping）？=

也叫做光照贴图= （Light Mapping）—&= #8212;这是一种可以在不Ñ= 43;少帧率的情况下达到= 真实感光照和阴影效= 6524;的方法。阴影贴图ವ= 4;辑器允许在场景中放&= #32622;任意数目的静态光= 304;，它会为每个面预计= ;算光流量（light flow）和= 静态阴影。现代商业3D游戏中多&#= 25968;都会使用到阴影贴Þ= 70;。如下图所示，平滑= 的光照和阴影极大地= 5552;升了游戏的氛围。

= =

具有&#= 38452;影贴图的场景 = &nb= sp; = &nb= sp; = 不具&#= 26377;阴影贴图的场景

5. 什么= 是粒子系统

粒子系统是一种= 特效发生器，它可以= 1046;造大量的小粒子来๟= 8;到某种特殊的效果，&= #27604;如烟雾、火焰或者= 190;炸。好的粒子效果甚= ;至比渲染好的动画都&#= 20986;色，正因为如此，ô= 03;前几乎所有的游戏中= 都使用了粒子系统。= 0026;了制造真实的粒子ਠ= 8;果，粒子发生器必须&= #22312;不影响帧率的情况= 979;控制成千上万的粒子= ;运动。简单的粒子系&#= 32479;只允许设置粒子的Ç= 68;些属性，比如生存时= 间、重力或者颜色；= 2797;杂的粒子系统允许ߒ= 6;每个粒子的运动函数&= #32534;写代码。一些粒子= 995;统也包含了光线生成= ;器来创建光线或者轨&#= 36857;。

= =

6. 什么= 是着色器(shader)?

着色器为图形渲= 染增加了新的方案，= 3427;允许顶点和像素级࠷= 5;的变换（transform）、= 光照（lighting），= 以及在运行时间渲染= 6041;式的修改。一个着ഋ= 4;器是一段小脚本，运&= #34892;在图形硬件上，为= 210;染到屏幕上的每个顶= ;点或像素提供渲染方&#= 24335;。这就为用户提供É= 02;一种新的灵活的像素= 渲染的方法。顶点和= 0687;素着色器可以用来ஶ= 3;成真实感水波、卡通&= #39118;格、为模型覆盖毛= 457;或者控制火山的熔岩= ;等。很多新的游戏引&#= 25806;都支持着色器。

= =

法线&#= 26144;射着色器 = ; &n= bsp; = ; &n= bsp; = ; <= /span>熔岩&#= 30528;色器

7. 什么= 是骨骼动画（bones animation）<= /h3>
当前有两种模型= 动画的方式：顶点动= 0011;和骨骼动画。顶点ࡄ= 0;画中，每帧动画其实&= #23601;是模型特定姿态的= 968;个“快照”。通过在&= #24103;之间插值的方法，= 341;擎可以得到平滑的动= ;画效果。在骨骼动画&#= 20013;，模型具有互相连ÿ= 09;的“骨骼”组成的骨&#= 26550;结构，通过改变骨ƌ= 12;的朝向和位置来为模= 型生成动画。

骨骼动画比顶点= 动画要求更高的处理= 2120;性能，但同时它也ࠥ= 5;有更多的有点，骨骼&= #21160;画可以更容易、更= 555;捷地创建。不同的骨= ;骼动画可以被结合到&#= 19968;起——比如，模型可= ;以转动头部、射击并&#= 19988;同时也在走路。一É= 23;引擎可以实时操纵单= 个骨骼，这样就可以= 1644;环境更加准确地进ඡ= 2;交互——模型可以俯= 6523;并向某个方向观察৏= 0;射击，或者从地上的&= #26576;个地方捡起一个东#= 199;。多数引擎支持顶点= ;动画，但不是所有的&#= 24341;擎都支持骨骼动画z= 90;

一些引擎包含面= 部动画系统，这种系= 2479;使用通过音位（phoneme）和= 情绪修改面部骨骼集= 1512;来表达面部表情和࢞= 8;部动作。

=

8. 什么= 是保存/读取系统&#= 65288;save/load system）？=

这种系统允许终= 端用户保存整个游戏= 9366;态，它自动“冻结”= 所有正在运行的脚本= 1644;对象以及游戏变量ᦁ= 2;将它们写到一个文件&= #20013;，有时候也有一张= 631;幕截图。如果要在以= ;后的某个时间继续游&#= 25103;或者在任意点离开Ø= 44;进入游戏场景的话，= 这种功能就十分必要= 2290;存储整个游戏状态௧= 5;起来并没有什么难度&= #65292;但在实际开发的时= 505;却并不简单，它必须= ;在游戏引擎的核心代&#= 30721;中实现。如果没有Ű= 25;个系统，为了保存游= 戏，就必须写一个脚= 6412;来存储每个变量和ल= 5;象的状态——十分难= 0351;用，只有可能应用ࢷ= 2;简单的游戏中。所以&= #35828;来，多数商业化高= 471;引擎都包括存取系统= ;。

9. 什么= 是物理引擎？

物理引擎通过为= 刚性物体赋予真实的= 9289;理属性的方式来计౛= 9;它们的运动、旋转和&= #30896;撞反映。为每个游= 103;使用物理引擎并不是= ;完全必要的——简单= 340;“牛顿”物理（比如&= #21152;速和减速）也可以= 312;一定程度上通过编程= ;或编写脚本来实现。&#= 28982;而，当游戏需要比ů= 39;复杂的物体碰撞、滚= 动、滑动或者弹跳的= 6102;候（比如赛车类游ৎ= 3;或者保龄球游戏），&= #36890;过编程的方法就比$= 739;困难了。物理引擎使= ;用对象属性（动量、&#= 25197;矩或者弹性）来模ý= 11;刚体行为，这不仅可= 以得到更加真实的结= 6524;，对于开发人员来෾= 8;也比编写行为脚本要&= #26356;加容易掌握。

好的物理引擎允= 许有复杂的机械装置= 5292;像球形关节、轮子ӌ= 9;气缸或者铰链。有些&= #20063;支持非刚性体的物= 702;属性，比如流体。=

= =

轮形&#= 21457;动机（wheel motor）&n= bsp; = ; &n= bsp; = ; <= /span>流体&#= 29289;理

物理引擎可以从= 另外的厂商购买，而= 9968;些游戏开发系统具ࣧ= 1;完整的物理引擎。但&= #26159;要注意，虽然有的= 995;统在其特性列表中说= ;他们有物理引擎，但&#= 20854;实是一些简单的加Ű= 95;和碰撞检测属性而已= 。

10. 什么= 是客户端/服务器（client/server）网= 络系统？

现在的多人游戏= 存在两种基本的网络= 1995;统类型：点对点（peer-to-peer）和= 客户端/服务器。&#= 22312;点对点系统中，所ć= 77;连接起来的PC地位都是&#= 24179;等的，每个PC独立运行&#= 28216;戏，并且同其他PC都进行更&#= 26032;信息的传输。而在ê= 58;户端/服务器系&#= 32479;中，其中的一个PC是掌管和&#= 36816;行游戏的服务器，Ð= 54;他所有的PC都是客户&#= 31471;，只进行玩家属性į= 40;更新和从服务器接收= 信息。为了不另外增= 1152;PC，一般情&#= 20917;下，一个PC在作为服&#= 21153;器的同时也是客户ĺ= 71;。

点对点系统在最= 初的多人游戏中使用= 5292;但在现在的游戏中঍= 6;少使用这种网络系统&= #65292;因为它有很多缺陷= 290;点对点游戏不能保证= ;同步运行，比如一个&#= 23376;弹在一台PC上击中了&#= 19968;个目标，但可能在Ö= 78;一台PC上却没有&#= 65288;这是一致性问题）z= 90;另外，由于连接起来= 的PC通信经常&#= 20914;突，所以连接到一Ū= 15;的玩家数目不可能太= 多。超过4个玩家数&#= 30446;的联网游戏一般就Š= 01;使用客户端/服务器系&#= 32479;。区域系统(zone system)是改= 进的客户端/服务器系&#= 32479;，它可以有多个服Ó= 53;器，游戏世界可以分= 割为由不同服务器控= 1046;的多个场景（区域ᦀ= 9;。区域系统用在玩家&= #25968;量无限的大型多人= 312;线游戏中。

客户端/服务器系统中允= 许的玩家数量多少主= 5201;取决于多玩家通信ਲ= 2;所需带宽的大小。如&= #26524;玩家移动很快而可'= 044;知的移动很少的话，= ;需要的带宽就大。在&#= 26368;坏的情况下（单服Ó= 53;器在线空中格斗游戏= ），利用modem连接= 的玩家数量一般要低= 0110;25个。如果&#= 28216;戏世界被分成多个Õ= 06;域，并且玩家仅仅是= 走路或者交谈的话，= 1363;使1000个玩= 家也是可以同时在线= 0340;。

Peer-to-Peer	最多4－5个玩家
Client/Server	最多25－50个玩家
Zone	人数不限= ，取决于服务器数目

11. 什么= 是脚本编译器（script compiler）？=

多数的3D游戏系统包含脚= 本语言，可以用来控= 1046;物体或角色。每秒๡= 6;动的物体越多，需要&= #29992;到的脚本指令就越= 810;。一般的脚本语言都= ;是解释型的，也就是&#= 35828;脚本指令首先被转þ= 42;为中介（intermediate）二= 进制代码，然后在游= 5103;运行时由引擎执行Ӎ= 0;由于处理器需要逐字&= #33410;地解释代码，所以#= 299;释型脚本语言运行很= ;慢，会极大影响帧率&#= 65292;在基于解释型脚本Ŧ= 21;言的游戏中，一个场= 景包含的角色或物体= 5968;量不能太多，并且ඡ= 2;为也不能太复杂。

而脚本编译器不= 是仅仅将脚本语言转= 5442;为二进制代码，而਷= 9;将它转换为真正的机&= #22120;代码（machine code）—&= #8212;也就是处理器的本Ĉ= 26;语言。编译好的脚本= 语言比解释型脚本语= 5328;的运行速度要快10倍左右，&#= 24182;且即使在同时有成Õ= 15;上万移动对象的游戏= 中，也不会影响帧率= 2290;

注意：有些系统= 在他们的特性列表中= 3459;扬具有编译器，但ߢ= 2;们所谓的编译仅仅是&= #32534;译为中介二进制代= 721;，也就是说使用的仍= ;然是解释型脚本。

12. C-Script脚本语言和“真&= #27491;”的C/C++有什= 么区别？

C-Script和<= span lang=3DEN-US>C/C++的语= 法类似，但前者对于= 1021;学者来说更容易掌ৼ= 9;。主要的区别有：

l = 在<= span lang=3DEN-US>C/C++中，= 你可以定义结构体或= 2773;类，而C-Script仅支= 持预定义对象的结构= 0307;，比如entity或者= panel等。= 在C-Script中是= 不能自定义结构体和= 1867;的。

l = C/C++有很多表示数字= 的类型，而在C-Script中只= 有一种数字变量类型= 5292;对float和<= span lang=3DEN-US>integer类型= 都是通用的。

l = C/C++中，如果有错误= 发生的话，整个程序= 7117;会中止。而C-Script会给= 出一个准确的出错消= 4687;，减少错误发生的ࡤ= 7;能性。比如，在C-Script中你= 不可能对字符串或者= 5968;组越界访问，而且߰= 0;不用担心什么情况下&= #20351;用“.”、“->”还&= #26159;“&”来&= #23384;取对象的成员。

13. 哪种= 方法更好：使用C-Script编写= 游戏，还是使用DLL插件= 在“真实”的C++中编= 写？

这是不是一个绝= 对的问题。C-Script比<= span lang=3DEN-US>C++容易= 学习和使用，并且出= 8169;几率少，代码长度௾= 1;。它不需要面对编程&= #20013;出现的很多复杂问'= 064;，因为初始化、多任= ;务处理、对象之间交&#= 20114;和游戏循环等都是Ĭ= 01;引擎控制的。这样说= 来，C-Script对于= 初学者是最好的选择= 2290;而另一方面，真实௚= 0;C++编程= 确可以给你更大的编= 1243;自由度，可以允许߰= 0;为引擎添加特定的功&= #33021;模块，这是脚本语#= 328;所不能做到的，比如= ;为一种新的3D对象添加&#= 29305;殊的渲染器，这取Ñ= 15;于你编程能力的大小= 。

附言：
本文主要参考自= http://www.3dgamestud= io.com/

本文正在完善中= ，可能会不断有新版= 6412;推出，更多信息请ࠠ= 9;临本人的Blog。<= /p>
由于作者水平有= 限，错误在所难免，= 4076;望发现问题的朋友ࡘ= 3;时加以斧正，可以通&= #36807;E-mail和本= 人取得联系。