第05章-游戲設計概論

游戲設計概論

第05章游戲引擎導論5-1游戲引擎簡介5-2游戲引擎功能介紹5-3游戲引擎的發(fā)展歷史游戲設計概論（第二版）第05章游戲引擎導論5-1游戲引擎簡介5-2游戲引擎功能介紹5-3游戲引擎的發(fā)展歷史游戲設計概論（第二版）引言游戲引擎與汽車引擎相似游戲中的劇情、角色、美工、音樂、動畫及操作方式等都由游戲引擎直接控制游戲引擎包含了圖形、音效、控制裝置、網(wǎng)絡、人工智能、物理仿真等功能游戲引擎的實質(zhì)是代碼重用開發(fā)游戲引擎的目的：節(jié)約成本、縮短周期、降低風險是一種模塊化，可伸縮和擴展的設計觀念可以讓游戲玩家和程序設計者深入到游戲核心，用新的模型，場景和聲音創(chuàng)造新的游戲，或向已有的游戲素材中添加新的東西，大量的新游戲根據(jù)已經(jīng)存在的游戲引擎開發(fā)出來。

游戲設計概論（第二版）5-1游戲引擎簡介游戲引擎可以看做設計好的鏈接庫和工具組合經(jīng)過不斷的進化，如今的游戲引擎已經(jīng)發(fā)展為一套由多個子系統(tǒng)共同構(gòu)成的復雜系統(tǒng)，從建模、動畫到光影、粒子特效，從物理系統(tǒng)、碰撞檢測到文件管理、網(wǎng)絡特性，還有專業(yè)的編輯工具和插件，幾乎涵蓋了開發(fā)過程中的所有重要環(huán)節(jié)游戲中的劇情表現(xiàn)、畫面呈現(xiàn)、碰撞計算、物理系統(tǒng)、相對位置、動作表現(xiàn)、玩家輸入行為、音樂及音效播放等操作，都由游戲引擎直接控制游戲引擎的特性早期，游戲引擎開發(fā)難度不高，游戲公司自行開發(fā)自己的游戲引擎如今，游戲引擎越來越專業(yè)、越來越復雜所呈現(xiàn)的分工效果也越來越驚人，針對音效、網(wǎng)絡、人工智能、影像與物理運算等需求也分別開發(fā)出來了各自的引擎游戲設計概論（第二版）5-2游戲引擎功能介紹每一個游戲引擎所提供的功能和特性都不盡相同，大致上來說，大部分的游戲引擎都會具備以下功能。

5-2-1光影效果處理5-2-2行為動畫系統(tǒng)5-2-3畫面成像5-2-4物理系統(tǒng)5-2-5網(wǎng)絡與輸入設置游戲設計概論（第二版）5-2-1光影效果處理光影處理是指光源對游戲中的人、地、物所表現(xiàn)的方式的影響，也就是利用明暗法來處理畫面。光源位置的影響半透明效果光線反射、折射光線追蹤動態(tài)、彩色光源

《英雄戰(zhàn)場》游戲中的光影效果游戲設計概論（第二版）5-2-2

行為動畫系統(tǒng)設置人物的行為動作等動畫，須具備路徑規(guī)劃和人物間的感情交流行為動畫系統(tǒng)分為兩類：1．骨骼行為動畫系統(tǒng)2．模型行為動畫系統(tǒng)

游戲設計概論（第二版）1．骨骼行為動畫系統(tǒng)骨骼行為動畫系統(tǒng)：是利用內(nèi)置的骨骼數(shù)據(jù)帶動物體而產(chǎn)生的行為運動，可以把骨骼系統(tǒng)看做是人體運動的仿真。創(chuàng)建骨骼行為動畫系統(tǒng)流程任務模型外觀材質(zhì)制作創(chuàng)建設置骨骼蒙皮連接調(diào)試游戲設計概論（第二版）2．模型行為動畫系統(tǒng)模型行為動畫系統(tǒng)：是為角色模型設計一套完整的屬性，由屬性值來控制角色的行為動畫流程創(chuàng)建模型動作編輯器中設計、編輯動作和行為動作編輯器（協(xié)助美工編輯動作）游戲設計概論（第二版）5-2-3

畫面成像畫面成像基本原理：游戲模型經(jīng)過建模，賦材質(zhì)，再通過游戲引擎中的成像技術(shù)將這些模型、行為動畫、光影及特效實時展現(xiàn)在屏幕上。畫面成像分3類：2D固定正視角，人物移動只有上下左右之分2.5D利用某種視角，為平面影像制造三維效果，欺騙人類視覺3D可以從各種角度觀察游戲場景和角色，但一般提供幾個固定視角供玩家切換

游戲設計概論（第二版）5-2-4

物理系統(tǒng)游戲引擎中的物理系統(tǒng)，可以讓游戲中的物體在運動時，遵循某些自然界中特定的物理規(guī)律。物理系統(tǒng)可以增添游戲的真實感。實現(xiàn)舉例粒子系統(tǒng)，如左下圖重力加速度，如右上圖物理定律決定人物跳起的高度及下落的速度，如右下圖

游戲設計概論（第二版）5-2-4

物理系統(tǒng)碰撞偵測（碰撞檢測）：是從物理系統(tǒng)中分離出來的一個子系統(tǒng)用來偵測游戲中各物體是否碰撞，并在有障礙物的環(huán)境中，通過碰撞偵測與路徑搜索，計算物體的移動路徑。

游戲設計概論（第二版）5-2-5

網(wǎng)絡與輸入設置輸入設置是處理玩家的輸入信號網(wǎng)絡功能負責服務器與客戶端之間的網(wǎng)絡通信

游戲設計概論（第二版）5-3游戲引擎的發(fā)展歷史5-3-1游戲引擎的起源5-3-2游戲引擎的授權(quán)風波5-3-3游戲引擎的未來發(fā)展趨勢游戲設計概論（第二版）5-3-1

游戲引擎的起源游戲引擎起源于1992年IDSoftware公司的《德軍總部Wolfenstein》游戲

游戲設計概論（第二版）5-3-2

游戲引擎的授權(quán)風波游戲引擎誕生初期IDSoftware公司發(fā)行《毀滅戰(zhàn)士Doom》第一個被授權(quán)的引擎1993年底，Raven公司取得Doom引擎的授權(quán)，開發(fā)了《投影者ShadowCaster》、《異教徒Heretic》、《毀滅巫師Hexen》等1994年，3DRealms公司用Build引擎開發(fā)了《毀滅公爵DukeNukem3D》IDSoftware公司發(fā)行《雷神之錘Quake》第一款支持多邊形模型、動畫、粒子特效等真正3D引擎聯(lián)機游戲的始祖IDSoftware公司發(fā)行《雷神之錘2Quake2》確立了在3D引擎市場的霸主地位充分利用3D的加速效果與OpenGL技術(shù)更好的支持圖形成像和網(wǎng)絡

游戲設計概論（第二版）虛幻引擎（UnrealEngine）作為次世代游戲美術(shù)的頂尖利器，UE3引擎將游戲圖形的表現(xiàn)力提升到了全新層次。EpicGames研制的虛幻系列引擎（UnrealEngine）是全球著名的游戲開發(fā)引擎。該引擎已經(jīng)被全球主要的大型游戲開發(fā)商，如電子藝界（EA）、索尼電腦娛樂（SCE）、微軟游戲工作室（MicrosoftGameStudios）、世嘉（SEGA）、育碧軟件（Ubisoft）、史克威爾?艾尼克斯（SquareEnix）、Capcom、Activsion、NCsoft、Midway、THQ等等全面使用。根據(jù)美國權(quán)威游戲媒體《游戲開發(fā)者》（GameDeveloper）的統(tǒng)計，全球Top20開發(fā)公司中有19家正在使用虛幻引擎。虛幻引擎能夠大幅提升游戲美術(shù)開發(fā)的效率和效果，能夠用更方便的手段、更多功能，幫助你獲得更好的效果，而絕不是讓你的工作變得復雜。虛幻引擎中有著非常完善與強大的工具集，在虛幻引擎的編輯界面下，因為少了預渲染的步驟，所有的修改都是實時可見的，讓你的工作變得更簡單，真正實現(xiàn)“所見即所得”，實現(xiàn)對最終效果的完美控制。虛幻引擎3是一個面向下一代游戲機和DirectX9個人電腦的完整的游戲開發(fā)平臺，提供了游戲開發(fā)者需要的大量的核心技術(shù)、數(shù)據(jù)生成工具和基礎支持。游戲設計概論（第二版）起點引擎（OEngine）北京涂鴉軟件有限公司（Tuyasoft

，前身是燃點工作室）的產(chǎn)品：起點引擎(OrigoEngine)于2004年10月第一次公布引擎Demo截圖，公布第二天《大眾軟件》便馬上同燃點工作室聯(lián)系，做了一次專訪。起點引擎(OrigoEngine)是一套完整的高效率游戲開發(fā)平臺，提供室外渲染、場景管理、地形網(wǎng)格渲染、地形紋理、實時反射、植被優(yōu)化、光影效果、粒子系統(tǒng)、骨骼動畫、攝像機動畫、實時交互、媒體播放、編輯器等功能。能夠用于游戲、虛擬現(xiàn)實、數(shù)據(jù)可視化等項目的開發(fā)，并達到加快開發(fā)速度、減小開發(fā)成本的效果。游戲設計概論（第二版）引擎框架結(jié)構(gòu)起點引擎組織結(jié)構(gòu)如下圖所示。其中矩形區(qū)域是起點引擎核心部分，橢圓形區(qū)域是用戶可制作部分。游戲設計概論（第二版）引擎框架各部分介紹：

?渲染器

負責起點引擎的場景渲染工作，包括靜態(tài)模型、骨骼模型、地形的渲染與材質(zhì)系統(tǒng)的設置。

?起點編輯器

是起點引擎的中心部分。負責場景編輯、模型編輯、材質(zhì)編輯、角色編輯。同時負責向渲染器提交渲染數(shù)據(jù)、驅(qū)動腳本、裝載插件等工作。

?腳本

基于被廣泛使用的Python腳本語言。引擎導出了豐富的函數(shù)供腳本程序調(diào)用，保證用戶能夠在不接觸任何C＋＋代碼的情況下完成單個游戲制作。通過這些引擎提供的腳本函數(shù)用戶能夠輕松的完成創(chuàng)建、修改場景物體，控制攝像機運動，繪制UI等工作。

如通過下面的腳本來把地圖里面的一個實體“船”移動到(100,100,100)點位置。

...

importOrigo

world=Origo.getWorld()

boat=world.findActor(‘船')

boat.setPosition(Vector3(100,100,100))

world.repositionActor(boat)

...

游戲設計概論（第二版）引擎框架Actor插件

通過編寫Actor插件用戶可以在場景中加入自己的特效、觸發(fā)器、尋路點等物體。起點引擎的Actor插件編寫很簡單，只需要通過幾條語句即可導出你需要編輯的物體，無需任何UI編輯代碼。同時還將獲取引擎對象系統(tǒng)帶來的自動Xml與二進制讀/存盤功能，也就無需編寫任何讀/存盤代碼。

所有Actor插件都出現(xiàn)在編輯器的演員列表里。下面以一個粒子系統(tǒng)為例說明使用Actor插件是如何擴展引擎功能以及如何去掉煩人的UI編輯工作。游戲設計概論（第二版）游戲設計概論（第二版）場景編輯多視圖編輯。除標準三視圖外，提供光照視圖、重畫視圖。

可視化地形heightmap編輯。支持用高度刷子編輯和逐頂點編輯兩種方式。

地形紋理、顏色編輯。

大面積植被編輯。

In-EditorGame，在編輯器內(nèi)即可運行游戲。

攝像機動畫軌跡編輯。

完全Undo/Redo/Clone的操作。

游戲設計概論（第二版）材質(zhì)編輯所見即所得，無需手工修改材質(zhì)腳本。

通過拖拽圖片即可完成材質(zhì)組合。游戲設計概論（第二版）角色編輯游戲設計概論（第二版