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火场逃生三维教育游戏游戏项目组引擎调研报告,3D 游戏引擎介绍报告,开篇 支持DirectX技术的最新三维游戏引擎CryEngine2性能演示 孤岛危机阳光衍射，柔和粒子，环境完全交互等效果演示（30秒） 容积云(Volumetric Clouds)： 球谐(Spherical Harmonics) 柔和阴影(Soft Shadows) 柔和粒子(Soft Particles) 逆光(Backlighting) 焦散(Caustics)： 阳光衍射(sunrays) HDR(High Dynamic Lighting): 运动模糊(Motion Blur)： 景深(Depth of Field):,一、3D 游戏引擎的起源,（一）、起源 自Doom（毁灭公爵）以来我们在三维游戏上已经走了很远。Doom不只是一款伟大的游戏，它同时也开创了一种新的游戏编程模式：游戏 “引擎”。 这种模块化，可伸缩和扩展的设计观念可以让游戏玩家和程序设计者深入到游戏核心，用新的模型，场景和声音创造新的游戏， 或向已有的游戏素材中添加新的东西。大量的新游戏根据已经存在的游戏引擎开发出来，而大多数都以ID公司的Quake（雷神之锤）引擎为基础， 这些游戏包括了现在最流行的网络对战游戏的Counter Strike，还有些游戏使用了Unreal Tournament（虚幻竞技场）引擎。事实上， “游戏引擎” 已经成为游戏设计者和游戏玩家的标准用语。,一、3D 游戏引擎的起源,（二）、什么是引擎？ 我们可以把游戏的引擎比作赛车的引擎，玩家所体验到的剧情、关卡、美工、音乐、操作等内容都是由游戏的引擎直接控制的，它扮演着中场发动机的角色，把游戏中的所有元素捆绑在一起，在后台指挥它们同时、有序地工作。简单地说，引擎就是“用于控制所有游戏功能的主程序，从计算碰撞、物理系统和物体的相对位置，到接受玩家的输入，以及按照正确的音量输出声音等等。” 经过不断的进化，如今的游戏引擎已经发展为一套由多个子系统共同构成的复杂系统，从建模、动画到光影、粒子特效，从物理系统、碰撞检测到文件管理、网络特性，还有专业的编辑工具和插件，几乎涵盖了开发过程中的所有重要环节 。,一、3D 游戏引擎的起源,（三）、引擎的基本组成 (1).动画系统可以分为两种：一是骨骼动画系统，二是模型动画系统，前者用内置的骨骼带动物体产生运动，比较常见，后者则是在模型的基础上直接进行变形。引擎把这两种动画系统预先植入游戏，方便动画师为角色设计丰富的动作造型。 (2).物理系统，这可以使物体的运动遵循固定的规律，例如，当角色跳起的时候，系统内定的重力值将决定他能跳多高，以及他下落的速度有多快，子弹的飞行轨迹、车辆的颠簸方式也都是由物理系统决定的。碰撞探测是物理系统的核心部分，它可以探测游戏中各物体的物理边缘。当两个3D物体撞在一起的时候，这种技术可以防止它们相互穿过，这就确保了当你撞在墙上的时候，不会穿墙而过，也不会把墙撞倒，因为碰撞探测会根据你和墙之间的特性确定两者的位置和相互的作用关系。,一、3D 游戏引擎的起源,（三）、引擎的基本组成 (3).渲染是引擎最重要的功能之一，当3D模型制作完毕之后，美工会按照不同的面把材质贴图赋予模型，这相当于为骨骼蒙上皮肤，最后再通过渲染引擎把模型、动画、光影、特效等所有效果实时计算出来并展示在屏幕上。渲染引擎在引擎的所有部件当中是最复杂的，它的强大与否直接决定着最终的输出质量。 (4).引擎还有一个重要的职责就是负责玩家与电脑之间的沟通，处理来自键盘、鼠标、摇杆和其它外设的信号。如果游戏支持联网特性的话，网络代码也会被集成在引擎中，用于管理客户端与服务器之间的通信。,一、3D 游戏引擎的起源,（四）、3D游戏引擎的核心 (1).渲染器（核心） (A). 应用程序/ 场景 场景/ 几何数据库遍历 对象的运动，观察相机的运动和瞄准 对象模型的动画运动 3D 世界内容的描述 对象的可见性检查，包括可能的遮挡剔除 细节层次的选择 (LOD),一、3D 游戏引擎的起源,（四）、3D游戏引擎的核心 (1).渲染器（核心） (B). 几何 变换 (旋转，平移， 缩放) 从模型空间到世界空间的变换 (Direct3D) 从世界空间到观察空间变换 观察投影 细节接受/ 拒绝 剔除 背面剔除 (也可以在后面的屏幕空间中做) 光照 透视分割 - 变换到裁剪空间 裁剪 变换到屏幕空间,一、3D 游戏引擎的起源,（四）、3D游戏引擎的核心 (1).渲染器（核心） (C). 三角形生成 背面剔除 ( 或者在光照计算之前的观察空间中完成) 斜率/ 角度计算 扫瞄线变换 (D). 渲染 / 光栅化 着色 纹理 雾 Alpha 透明测试 深度缓冲 抗锯齿 (可选择的) 曲面片（高次表面） 显示,一、3D 游戏引擎的起源,（五）、3D游戏引擎的设计要素 设计要素对光照和纹理的处理 世界的灯光 顶点光照 顶点着色 ( Gouraud 着色) Phong 着色 照明映射 混合照明 裁剪运算 三角形生成阶段 纹理与MIP映射（多纹理映射） 多重纹理与凹凸映射 凹凸贴图 高速缓存抖动 纹理压缩,一、3D 游戏引擎的起源,（五）、3D游戏引擎的设计要素 设计要素对内存使用，特效和API 颜色深度 显存 分辨率 雾 体积雾 Alpha 测试 纹理Alpha混合 模板阴影 深度测试 抗锯齿 顶点与像素着色 API DirectX与OpenGL,一、3D 游戏引擎的起源,（五）、3D游戏引擎的设计要素 设计要素模型与动画，细节级别 角色建模与动画 骨骼模型系统 网格的系统 具有层次的骨骼系统 动画混合 反向运动学 LOD几何系统,一、3D 游戏引擎的起源,（五）、3D游戏引擎的设计要素 设计要素物理，运动，效果 世界建造 3DMax/Maya建造关卡 BSP(二叉空间分割) PVS(潜在可视集像) 游戏物理学 碰撞检测 效果系统 过程shader 粒子系统,一、3D 游戏引擎的起源,（五）、3D游戏引擎的设计要素 设计要素声音系统，音频APIs EAX声音扩展 OpenAL Miles声音系统 Eagle编辑器产生声音地图 位置的声音 DirectSound Music Tracks in Games（游戏中的音轨） MP3格式,一、3D 游戏引擎的起源,（五）、3D游戏引擎的设计要素 设计要素网络和连线游戏环境 网络游戏 Internet TCP/IP TCP和UDP的选择 客户端预测 延迟问题 包大小 智能数据传输 反作弊,一、3D 游戏引擎的起源,（五）、3D游戏引擎的设计要素 设计要素脚本系统 脚本系统 剪辑场景 脚本和人工智 多重线索 控制复杂度 可视化脚本系统,一、3D 游戏引擎的起源,（五）、3D游戏引擎的设计要素 设计要素现成产品与定做的游戏引擎设计工具 现成产品与定做的设计工具 引擎选择 插件 自制工具 游戏控制机制 实体和照相机 武器系统,一、3D 游戏引擎的起源,（五）、3D游戏引擎的设计要素 设计要素人工智能和导航（路径发现） 人工智能（AI） NPC角色 世界导航 局部导航 人工智能和角色动画 平衡 游戏规则,二、主流3D游戏引擎介绍,（一）、 主流商业引擎 (Doom-Quake, Unreal，Lithtech） 这些主流引擎在行业内应用极为广泛，价格对于普通的开发团队来说也是相当昂贵的。这些引擎一般都可以免费下载开发工具，有的还有部分Source Code（源代码）下载。或者买一个这些引擎作的游戏就附带了开发工具，可以在上面开发新的MOD（改造版）。但是不能开发商业游戏。一般免费的版权协议比较苛刻，往往是在上面开发的游戏或者MOD版权属于原游戏公司或者其有优先商业化的权利。,二、主流3D游戏引擎介绍,（一）、 主流商业引擎 (1). Doom-Quake 支持Windows，Linux，MacOS(X)平台。现在的版本采用OpenGL渲染。这个是最有名的引擎吧。其主开发人员是三维引擎“教父“级别的人物John Carmack。现在还在开发的Doom3引擎所有地方采用实时光影，效果一流。但是对室外场景支持不好，场景组织还是BSP+Portal。作单机fps和冒险游戏是不错的。授权金250K$左右。 代表作有Doom-Quake系列游戏，HalfLife，CS，重返德军司令部，荣誉勋章等等,二、主流3D游戏引擎介绍,（一）、 主流商业引擎 (1). Doom-Quake游戏（半条命）截图,二、主流3D游戏引擎介绍,（一）、 主流商业引擎 (2). Unreal系列 支持Windows, Linux, MacOS，PS2，XBOX，NGC平台。可能是授权最多的引擎。开发工具十分强大，引擎整体架构比较合理。现在的授权金在200K$左右。 代表作有Unreal系列，Ubi的的很多游戏，网络游戏天堂II等,二、主流3D游戏引擎介绍,（一）、 主流商业引擎 (2). Unreal系列ubi索尼克大冒险游戏截图,二、主流3D游戏引擎介绍,（一）、 主流商业引擎 (3). LithTech系列 D3D渲染引擎，Windows平台。授权金在75k$250k$ 。 代表作有无人永生等。,二、主流3D游戏引擎介绍,（一）、 主流商业引擎 (3). LithTech系列无人永生II游戏截图,二、主流3D游戏引擎介绍,（一）、 主流商业引擎 (4). Source系列 代表作：HalfLife 2（半条命2） Halflife2 HDR效果（High Dynamic Range，高动态范围 ）演示 Halflife2 物理系统效果（使用了Havok的引擎效果）演示（3分钟） Halflife2引擎综合效果演示（2分钟）,二、主流3D游戏引擎介绍,（一）、 主流商业引擎 (5). CryEngine系列 代表作：孤岛危机 孤岛危机体积云，景深控制，运动模糊等效果展示（1分钟） 孤岛危机阳光衍射，柔和粒子，环境完全交互等效果演示（30秒） 孤岛危机河流及水效果演示（30秒）,二、主流3D游戏引擎介绍,（二）、高性价比主流引擎 (1).Torque引擎 引擎介绍： TGE引擎是美国的一个引擎，只需花费100美元即可获得这个引擎，支持opengl和d3d,而且对网络支持也很好。 支持的开发语言： 支持Visual C+ 6.0 支持脚本语言,二、主流3D游戏引擎介绍,（二）、适合教育游戏开发的高性价比主流引擎 (1).Torque引擎 引擎特征： 1。适合快速开发（快速搭建3d程序） 2。完全支持 DirectX8.1和DirectX9 ,D3D 3。支持硬件 T&L技术（用于实现动态水面效果） 4。DirectX硬件灯光渲染 5。支持BSP地图格式，支持3DS, X, MDL, MD2, MD3格式 6。优化顶点渲染 7。支持动画材质脚本系统 8。大自然环境支持烟雾、动态的云、天空（天空盒）、星星 9。支持DOT3纹理帖图（凹凸帖图，Dump Texture） 10。支持物体的动态阴影 11。支持2D渲染（平面UI接口） 12。支持高级碰撞检测 13。动画系统。,二、主流3D游戏引擎介绍,（二）、适合教育游戏开发的高性价比主流引擎 (1).Torque引擎（水效果图1）,二、主流3D游戏引擎介绍,（二）、适合教育游戏开发的高性价比主流引擎 (1).Torque引擎（水效果图2）,二、主流3D游戏引擎介绍,（二）、适合教育游戏开发的高性价比主流引擎 (1).Torque引擎（官方网站） http:/www.garagegames.com/,二、主流3D游戏引擎介绍,（二）、适合教育游戏开发的高性价比主流引擎 (1).Torque引擎（TGE购买价格）,二、主流3D游戏引擎介绍,（二）、适合教育游戏开发的高性价比主流引擎 (2).Truevision3D引擎 Truevision3D引擎简介 Truevision3D引擎 是美国的一个商业游戏开发引擎，在国外的3D引擎中，Truevision3D引擎（简称TV3D）拥有众多的用户，TV3D是一个很成熟的商业引擎系统，美国的TV3D开发小组早在几年前，就在游戏业小有声名，目前的TV3D6.2版本的引擎，无论在服务、性能上，还有兼容开发工具上，都堪称佳作。并且TV3D引擎与微软的DirectX底层引擎系统结合的十分紧密，开发者除了可以很方便地使用TV3D引擎本身的高级对象之外，也可以通过对象接口调用D3D底层的特性，使引擎的开放性进一步提高，从而提升引擎的扩展能力。 Truevision3D 引擎官方提供共享版本（无需授权金），和注册版的区别是共享版的画面上始终都存在一个公司的版权标志，对于开发商业游戏的用户这个标志是有一定的影响。,二、主流3D游戏引擎介绍,（二）、适合教育游戏开发的高性价比主流引擎 (2).Truevision3D引擎 中文版的TV3D正在进行汉化工作。（以下是VB语言版的截图）,二、主流3D游戏引擎介绍,（二）、适合教育游戏开发的高性价比主流引擎 (2).Truevision3D引擎 Truevision 3D 引擎特征： 1、适合快速开发 2、完全支持 DirectX8.1和DirectX9 3、支持硬件 T&L技术 4、DirectX硬件灯光渲染 5、支持BSP地图格式，支持3DS, .X, MDL, MD2, MD3模型格式 6、优化顶点渲染 7、支持动画材质脚本系统 8、自然环境支持烟雾、动态云、天空、星星，下雨雪等天气变化 9、支持DOT3纹理帖图 10、支持物体的动态阴影 11、支持2D渲染 12、支持高级碰撞检测 13、动画播放系统（如AVI、GIF） 14、支持硬件软件全屏反锯齿（FSAA），支持画面多种线性过滤,二、主流3D游戏引擎介绍,（二）、适合教育游戏开发的高性价比主流引擎 (2).Truevision3D引擎游戏画面效果1,二、主流3D游戏引擎介绍,（二）、适合教育游戏开发的高性价比主流引擎 (2).Truevision3D引擎游戏画面效果2,二、主流3D游戏引擎介绍,（二）、适合教育游戏开发的高性价比主流引擎 (2).Truevision3D引擎官方网站 http:/www.truevision3d.com/home.php,二、主流3D游戏引擎介绍,（三）、渲染和物理引擎 (1).Ogre3D引擎（被广泛使用的开源图形渲染库） 官方网站 http:/www.ogre3d.org（英文） http:/ogre3d.cn/wiki/index.php（中文） 评价： OGRE 是一个专业的图形渲染引擎，它在相当程度上“专注”于图形处理，确实，拿来做演示 Demo 很方便很强大，但是如果拿来做游戏，必须给它外接各种各样的第三方功能库，用这一个最底层的图形引擎，加上物理、网络、 AI 、 UI 、脚本、场景、角色、等等的各种模块，历尽千辛万苦来“组装”成一个可用的游戏引擎。,二、主流3D游戏引擎介绍,（三）、渲染和物理引擎 (2).NovodeX（商业物理“Physics” 引擎） (3).Havok （商业物理“Physics” 引擎） 简介：NovodeX 和 Havok 一样是一个久负盛名的商业物理 (Physics) 引擎。半条命 2 (Half-life 2) 用的是 Havok ，虚幻竞技场 (Unreal Tournament) 的最新版本将使用 NovodeX 。,二、主流3D游戏引擎介绍,（四）、开源引擎 (4). Irrlicht引擎 Irrlicht引擎简介： Irrlicht引擎是一个用C+书写的高性能实时的3D引擎，可以应用于C+程序或者.NET语言中。通过使用Direct3D（Windows平台），OpenGL 1.2或它自己的软件着色程序，可以实现该引擎的完全跨平台。尽管是开源的，该Irrlicht库提供了可以在商业级的3D引擎上具有的艺术特性，例如动态的阴影，粒子系统，角色动画，室内和室外技术以及碰撞检测等,二、主流3D游戏引擎介绍,（四）、开源引擎 (4). Irrlicht引擎 Irrlicht特性 一个可以运行于Linux以及Windows 98，ME，NT，2000和XP（MacOS在计划之中）等操作系统之上的引擎 针对Direct3D 8生成器或Direct3D 9生成器(可选)提供了Anti-aliasing支持 可换肤的GUI环境 场景管理系统，它允许无缝的室内/室外过渡 角色动画系统，带有骨骼和变形目标动画功能 一个特殊的效果系统，包括粒子效果(雨，烟，火，雪，等等)，告示板，灯光贴图，环境，地图，模板缓冲区阴影，雾，纹理动画，视差贴图，凹凸贴图等,二、主流3D游戏引擎介绍,（四）、开源引擎 (4). Irrlicht引擎 Irrlicht特性 内建的材质支持，包括支持Pixel and Vertex Shaders版本1.1到3.0，ARB Fragment and Vertex程序以及HLSL（GLSL正在计划中） .NET语言绑定，这使得引擎可用于所有的.NET语言例如C#，Visual Basic.NET以及Delphi.NET 一内建的平台独立的软件生成器，特性有：z-缓冲，Gouraud阴影，alpha混合和透明性，还有快速的2D绘图 你久已期待的2D绘图功能，例如alpha混合，基于关键色的位图复制，字体绘制，以及混合3D与2D图形 能直接导入常见的建模文件格式:Maya，3DStudio Max，COLLADA，DeleD，Milkshape，Quake 3 levels，Quake2 models，DirectX，Pulsar，My3DTools，FSRad以及Cartography Shop 能直接从BMP，PNG，Photoshop，JPEG，Targa和PCX导入纹理 快速而易用的碰撞检测与响应 为快速的3D运算和容器模板库进行了优化处理 直接读取档案(可能是压缩的，如.zip文件) 集成了快速的XML分析器,二、主流3D游戏引擎介绍,（五）、其他引擎 其他引擎 包括很多开源的引擎，基本实现3D游戏引擎的功能和作用，有些因为资金和人力的原因已经不再维护和开发。一般不建议采用。,结束语,报告到此结束，敬请批评指导,