第05章-游戏设计概论

游戏设计概论

第05章游戏引擎导论5-1游戏引擎简介5-2游戏引擎功能介绍5-3游戏引擎的发展历史游戏设计概论（第二版）第05章游戏引擎导论5-1游戏引擎简介5-2游戏引擎功能介绍5-3游戏引擎的发展历史游戏设计概论（第二版）引言游戏引擎与汽车引擎相似游戏中的剧情、角色、美工、音乐、动画及操作方式等都由游戏引擎直接控制游戏引擎包含了图形、音效、控制装置、网络、人工智能、物理仿真等功能游戏引擎的实质是代码重用开发游戏引擎的目的：节约成本、缩短周期、降低风险是一种模块化，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。

游戏设计概论（第二版）5-1游戏引擎简介游戏引擎可以看做设计好的链接库和工具组合经过不断的进化，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游戏中的剧情表现、画面呈现、碰撞计算、物理系统、相对位置、动作表现、玩家输入行为、音乐及音效播放等操作，都由游戏引擎直接控制游戏引擎的特性早期，游戏引擎开发难度不高，游戏公司自行开发自己的游戏引擎如今，游戏引擎越来越专业、越来越复杂所呈现的分工效果也越来越惊人，针对音效、网络、人工智能、影像与物理运算等需求也分别开发出来了各自的引擎游戏设计概论（第二版）5-2游戏引擎功能介绍每一个游戏引擎所提供的功能和特性都不尽相同，大致上来说，大部分的游戏引擎都会具备以下功能。

5-2-1光影效果处理5-2-2行为动画系统5-2-3画面成像5-2-4物理系统5-2-5网络与输入设置游戏设计概论（第二版）5-2-1光影效果处理光影处理是指光源对游戏中的人、地、物所表现的方式的影响，也就是利用明暗法来处理画面。光源位置的影响半透明效果光线反射、折射光线追踪动态、彩色光源

《英雄战场》游戏中的光影效果游戏设计概论（第二版）5-2-2

行为动画系统设置人物的行为动作等动画，须具备路径规划和人物间的感情交流行为动画系统分为两类：1．骨骼行为动画系统2．模型行为动画系统

游戏设计概论（第二版）1．骨骼行为动画系统骨骼行为动画系统：是利用内置的骨骼数据带动物体而产生的行为运动，可以把骨骼系统看做是人体运动的仿真。创建骨骼行为动画系统流程任务模型外观材质制作创建设置骨骼蒙皮连接调试游戏设计概论（第二版）2．模型行为动画系统模型行为动画系统：是为角色模型设计一套完整的属性，由属性值来控制角色的行为动画流程创建模型动作编辑器中设计、编辑动作和行为动作编辑器（协助美工编辑动作）游戏设计概论（第二版）5-2-3

画面成像画面成像基本原理：游戏模型经过建模，赋材质，再通过游戏引擎中的成像技术将这些模型、行为动画、光影及特效实时展现在屏幕上。画面成像分3类：2D固定正视角，人物移动只有上下左右之分2.5D利用某种视角，为平面影像制造三维效果，欺骗人类视觉3D可以从各种角度观察游戏场景和角色，但一般提供几个固定视角供玩家切换

游戏设计概论（第二版）5-2-4

物理系统游戏引擎中的物理系统，可以让游戏中的物体在运动时，遵循某些自然界中特定的物理规律。物理系统可以增添游戏的真实感。实现举例粒子系统，如左下图重力加速度，如右上图物理定律决定人物跳起的高度及下落的速度，如右下图

游戏设计概论（第二版）5-2-4

物理系统碰撞侦测（碰撞检测）：是从物理系统中分离出来的一个子系统用来侦测游戏中各物体是否碰撞，并在有障碍物的环境中，通过碰撞侦测与路径搜索，计算物体的移动路径。

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网络与输入设置输入设置是处理玩家的输入信号网络功能负责服务器与客户端之间的网络通信

游戏设计概论（第二版）5-3游戏引擎的发展历史5-3-1游戏引擎的起源5-3-2游戏引擎的授权风波5-3-3游戏引擎的未来发展趋势游戏设计概论（第二版）5-3-1

游戏引擎的起源游戏引擎起源于1992年IDSoftware公司的《德军总部Wolfenstein》游戏

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游戏引擎的授权风波游戏引擎诞生初期IDSoftware公司发行《毁灭战士Doom》第一个被授权的引擎1993年底，Raven公司取得Doom引擎的授权，开发了《投影者ShadowCaster》、《异教徒Heretic》、《毁灭巫师Hexen》等1994年，3DRealms公司用Build引擎开发了《毁灭公爵DukeNukem3D》IDSoftware公司发行《雷神之锤Quake》第一款支持多边形模型、动画、粒子特效等真正3D引擎联机游戏的始祖IDSoftware公司发行《雷神之锤2Quake2》确立了在3D引擎市场的霸主地位充分利用3D的加速效果与OpenGL技术更好的支持图形成像和网络

游戏设计概论（第二版）虚幻引擎（UnrealEngine）作为次世代游戏美术的顶尖利器，UE3引擎将游戏图形的表现力提升到了全新层次。EpicGames研制的虚幻系列引擎（UnrealEngine）是全球著名的游戏开发引擎。该引擎已经被全球主要的大型游戏开发商，如电子艺界（EA）、索尼电脑娱乐（SCE）、微软游戏工作室（MicrosoftGameStudios）、世嘉（SEGA）、育碧软件（Ubisoft）、史克威尔•艾尼克斯（SquareEnix）、Capcom、Activsion、NCsoft、Midway、THQ等等全面使用。根据美国权威游戏媒体《游戏开发者》（GameDeveloper）的统计，全球Top20开发公司中有19家正在使用虚幻引擎。虚幻引擎能够大幅提升游戏美术开发的效率和效果，能够用更方便的手段、更多功能，帮助你获得更好的效果，而绝不是让你的工作变得复杂。虚幻引擎中有着非常完善与强大的工具集，在虚幻引擎的编辑界面下，因为少了预渲染的步骤，所有的修改都是实时可见的，让你的工作变得更简单，真正实现“所见即所得”，实现对最终效果的完美控制。虚幻引擎3是一个面向下一代游戏机和DirectX9个人电脑的完整的游戏开发平台，提供了游戏开发者需要的大量的核心技术、数据生成工具和基础支持。游戏设计概论（第二版）起点引擎（OEngine）北京涂鸦软件有限公司（Tuyasoft

，前身是燃点工作室）的产品：起点引擎(OrigoEngine)于2004年10月第一次公布引擎Demo截图，公布第二天《大众软件》便马上同燃点工作室联系，做了一次专访。起点引擎(OrigoEngine)是一套完整的高效率游戏开发平台，提供室外渲染、场景管理、地形网格渲染、地形纹理、实时反射、植被优化、光影效果、粒子系统、骨骼动画、摄像机动画、实时交互、媒体播放、编辑器等功能。能够用于游戏、虚拟现实、数据可视化等项目的开发，并达到加快开发速度、减小开发成本的效果。游戏设计概论（第二版）引擎框架结构起点引擎组织结构如下图所示。其中矩形区域是起点引擎核心部分，椭圆形区域是用户可制作部分。游戏设计概论（第二版）引擎框架各部分介绍：

•渲染器

负责起点引擎的场景渲染工作，包括静态模型、骨骼模型、地形的渲染与材质系统的设置。

•起点编辑器

是起点引擎的中心部分。负责场景编辑、模型编辑、材质编辑、角色编辑。同时负责向渲染器提交渲染数据、驱动脚本、装载插件等工作。

•脚本

基于被广泛使用的Python脚本语言。引擎导出了丰富的函数供脚本程序调用，保证用户能够在不接触任何C＋＋代码的情况下完成单个游戏制作。通过这些引擎提供的脚本函数用户能够轻松的完成创建、修改场景物体，控制摄像机运动，绘制UI等工作。

如通过下面的脚本来把地图里面的一个实体“船”移动到(100,100,100)点位置。

...

importOrigo

world=Origo.getWorld()

boat=world.findActor(‘船')

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

world.repositionActor(boat)

...

游戏设计概论（第二版）引擎框架Actor插件

通过编写Actor插件用户可以在场景中加入自己的特效、触发器、寻路点等物体。起点引擎的Actor插件编写很简单，只需要通过几条语句即可导出你需要编辑的物体，无需任何UI编辑代码。同时还将获取引擎对象系统带来的自动Xml与二进制读/存盘功能，也就无需编写任何读/存盘代码。

所有Actor插件都出现在编辑器的演员列表里。下面以一个粒子系统为例说明使用Actor插件是如何扩展引擎功能以及如何去掉烦人的UI编辑工作。游戏设计概论（第二版）游戏设计概论（第二版）场景编辑多视图编辑。除标准三视图外，提供光照视图、重画视图。

可视化地形heightmap编辑。支持用高度刷子编辑和逐顶点编辑两种方式。

地形纹理、颜色编辑。

大面积植被编辑。

In-EditorGame，在编辑器内即可运行游戏。

摄像机动画轨迹编辑。

完全Undo/Redo/Clone的操作。

游戏设计概论（第二版）材质编辑所见即所得，无需手工修改材质脚本。

通过拖拽图片即可完成材质组合。游戏设计概论（第二版）角色编辑游戏设计概论（第二版