游戏引擎的技术发展[多图]

近年来，游戏产业呈现爆炸式增长，游戏品质却参差不齐。游戏的剧情和玩法是决定游戏是否吸引人的关键，而游戏引擎则决定了游戏品质的高低。今天，我将带领大家深入了解广为人知却往往让人误解的游戏引擎。

以目前市面上备受瞩目的虚幻4引擎（Unreal Engine 4）为例。那么，虚幻4究竟是什么呢？它并非我们想象中的某种神秘之物，而是一款软件。尽管其对新手来说可能有些不太友好，人机亲和力一般，但其功能之强大、应用之广泛，使其在游戏开发领域占据重要地位。

进入游戏的行业，我们无法避免接触到游戏引擎。许多游戏相关的公司在进行游戏开发时，都会使用诸如Unity3D、UE4、CE3、Cocos2d-x等商业引擎。这些商业引擎相对易于使用，且被广泛应用于游戏开发中。除此之外，还有非商业引擎，如EA的寒霜、暴雪的银河等。其中，暴雪的银河引擎在《星际争霸2》的地图编辑器中有所体现。

回顾历史，让我们回到最早的游戏《Pong》。这款游戏中的两条白杠是玩家控制的角色，弹来弹去的小白点被称为道具，中间的虚线则是场景。而那两个数字0则是用于展示结果的UI。当白点与白杠接触时发出的声音便是音效。那个能将这一切串联起来的软件，便是早期的游戏引擎。它应具备制作角色、道具、场景、UI、添加音效以及使用计算机语言实现逻辑的功能。

随着计算机技术的发展，画面可以处理的像素越来越多。以俄罗斯方块为例，它通过碰撞体（Collision）的判定来实现游戏的逻辑。每个方块占据一个区域，这个区域与对应的图片相结合，形成了一个名为实体（Entity）的组。随着科技的发展，人们开始尝试将动画添加到实体中，甚至创造出只有程序存在的效果器或发生器。这种架构的灵活性极高，可以激发制作人的想象力，并且随着硬件和科技的升级，其质量也可以得到提升。

再来说一下3D技术。最早的3D游戏可以追溯到1992年，由3D Realms公司和Apogee公司发布的《德军司令部》。这款游戏在二维的X轴和Y轴基础上增加了Z轴，为玩家带来了前所未有的纵深空间体验，对习惯于二维游戏的玩家造成了巨大的冲击。

游戏引擎是支撑游戏世界的重要基石。从最早的简单引擎到如今的复杂架构，每一次技术进步都推动了游戏产业的革新。随着科技的不断发展，我们期待未来游戏引擎能为我们带来更多惊喜和可能性。后来，Pixar凭借《玩具总动员》的成功，让全世界意识到3D技术在艺术领域的潜力无穷。

随着人们对这种技术的惊叹，一种想法应运而生：能否将这种迷人的3D技术应用到游戏中呢？当时的顶级游戏如《魔兽争霸2》与电影中的视觉效果相比显得相当粗糙。

将3D技术应用于游戏制作是一项巨大的挑战。要知道，当时的电影渲染时间之长常常令人难以置信，一渲染就是几个月。而游戏渲染则要求实时完成，每一帧的画面必须在极短的时间内渲染出来，否则游戏就会出现卡顿。如今市面上的游戏大多都能达到30帧以上的流畅度。

Pixar在制作3D电影时，会先进行大量的模型构建，贴图绘制，材质调整，然后进行骨骼绑定，记录每一帧的动作。接着为角色配上表情器，再逐帧控制角色的表情，调整灯光、摄像，最后进行渲染。

这个过程中涉及许多复杂的技术，包括为模型赋予纸模一样的UV，表现表面反光的Specular，以及展现表面凹凸细节的Bump技术。在那个年代，实时渲染这些技术都是难以实现的。

面对这一难题，有人提出了一种独特的制作模式。由于无法在极短的时间内完成实时渲染，他们选择预先渲染好图片，然后直接放入游戏引擎中。这种制作方法被称为“3渲2”，即使用3D模型渲染成2D图片。因为2D图片相对更省资源，许多刚起步的厂商在没有强大研发能力的情况下，选择这种方式来制作游戏。

有些人觉得使用3DMAX的材质球渲染过于复杂，于是选择使用更为方便的低端材质球进行渲染。虽然模型是3D的，但collision也是3D的，游戏引擎可以自动生成，但大多数情况下人们更喜欢手动定制合适的collision。材质球被视为Entity的一个复杂属性。从EA在1995年发布的初代《极品飞车》的画面中，就可以看出这种制作方式的高大上。

随着时间的推移，游戏制作在细节表现上有了突破。除了传统的Bump贴图，还出现了Normal Map法线贴图。Normal Map的制作方式不同于手画的Bump贴图，它是通过映射方式实现的。在3D软件里，用一个低面数模型包裹高面数模型，通过特定设置，高面熟模型的信息会被记录在低面数模型上，烘焙出一张紫色贴图，这就是Normal Map。

人们还发现，只要Specular不与光线追踪挂钩，就很省资源，实际表现也很出色。当这一技术被应用到游戏引擎并发布时，人们将其称为“次世代”技术。这时的游戏画面可以表现高面熟模型的细节，需要制作高面熟模型。而制作高面熟模型的软件是Zbrush。随着计算机运算能力的提升，游戏引擎整合了更强大的粒子特效，实现了更逼真的光照系统，支持更大的贴图尺寸和分辨率，还支持更多的模型面数。通过全局光贴图、阴影贴图等技术，画面变得更加逼真。如今的次时代游戏制作已经变得更加尖端。