游戏引擎演化史

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1、 游戏引擎演化史一、什么是引擎我们可以把游戏的引擎比作赛车的引擎，大家知道，引擎是赛车的心脏，决定着赛车的性 能和稳定性，赛车的速度、操纵感这些直接与车手相关的指标都是建立在引擎的基础上的。 游戏也是如此，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。 ”可见，引擎并不是什么玄乎的东西，无论是 2D 游戏还是 3D 游戏，无论是角色扮演

2、游戏、 即时策略游戏、冒险解谜游戏或是动作射击游戏，哪怕是一个只有 1 兆的小游戏，都有这样 一段起控制作用的代码。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，以下就对 引擎的一些关键部件作一个简单的介绍。首先是光影效果，即场景中的光源对处于其中的人和物的影响方式。游戏的光影效果完全 是由引擎控制的，折射、反射等基本的光学原理以及动态光源、彩色光源等高级效果都是通 过引擎的不同编程技术实现的。其次是动画，目前游戏所采用的动画系

3、统可以分为两种：一是骨骼动画系统，一是模型动 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。引擎的另一重要功能是提供物理系统，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

4、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。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。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。通过上面这些枯燥的介绍我们至少可以了解到一点：引擎相当于游戏

5、的框架，框架打好后， 关卡设计师、建模师、动画师只要往里填充内容就可以了。因此，在 3D 游戏的开发过程中， 引擎的制作往往会占用非常多的时间， 佩恩的 MAX-FX 引擎从最初的雏形 Final Reality 到最终的成品共花了四年多时间，LithTech 引擎的开发共花了整整五年时间，耗资 700 万美元，Monolith 公司（LithTech 引擎的开发者）的老板詹森霍尔甚至不无懊悔地 说：“如果当初意识到制作自己的引擎要付出这么大的代价的话，我们根本就不可能去做这 种傻事。没有人会预料得到五年后的市场究竟是怎样的。 ”正是出于节约成本、缩短周期和降低风险这三方面的考虑，越来越多的开

6、发者倾向于使用 第三方的现成引擎制作自己的游戏，一个庞大的引擎授权市场已经形成。二、引擎的进化曾经有一段时期，游戏开发者关心的只是如何尽量多地开发出新的游戏并把它们推销 给玩家。尽管那时的游戏大多简单粗糙，但每款游戏的平均开发周期也要达到 8 到 10 个月 以上，这一方面是由于技术的原因，另一方面则是因为几乎每款游戏都要从头编写代码，造 成了大量的重复劳动。渐渐地，一些有经验的开发者摸索出了一条偷懒的方法，他们借用上 一款类似题材的游戏中的部分代码作为新游戏的基本框架，以节省开发时间和开发费用。根 据马老先生的生产力学说，单位产品的成本因生产力水平的提高而降低，自动化程度较高的 手工业者最终

7、将把那些生产力低下的手工业者淘汰出局，引擎的概念就是在这种机器化作业 的背景下诞生的。每一款游戏都有自己的引擎，但真正能获得他人认可并成为标准的引擎并不多。纵观九年 多的发展历程，我们可以看出引擎最大的驱动力来自于 3D 游戏，尤其是 3D 射击游戏。尽管 像 Infinity 这样的 2D 引擎也有着相当久远的历史，从博德之门 （Baldurs Gate）系 列到异域镇魂曲 （Planescape：Torment） 、 冰风谷 （Icewind Dale）直至今年夏天将 要发布的冰风谷 2 ，但它的应用范围毕竟局限于“龙与地下城”风格的角色扮演游戏， 包括颇受期待的夜在绝冬城 （Neverw

8、inter Nights）所使用的 Aurora 引擎，它们都有着 十分特殊的使用目的，很难对整个引擎技术的发展起到推动作用，这也是为什么体育模拟游 戏、飞行模拟游戏和即时策略游戏的引擎很少进入授权市场的原因，开发者即便使用第三方 引擎也很难获得理想的效果，采用帝国时代 2 （Age of Empires）引擎制作的星球大 战：银河战场 （Star Wars：Galactic Battleground）就是一个最好的例子。因此，下面对引擎的历史回顾将主要围绕动作射击游戏的变迁展开，动作射击游戏同 3D 引擎之间的关系相当于一对孪生兄弟，它们一同诞生，一同成长，互相为对方提供着发展的 动力。引擎

9、的诞生（1992 年1993 年）1992 年，3D Realms 公司/Apogee 公司发布了一款只有 2 兆多的小游戏德军司令部 （Wolfenstein 3D） ，稍有资历的玩家可能都还记得初接触它时的兴奋心情，用“革命”这 一极富煽动色彩的词语也无法形容出它在整个电脑游戏发展史上占据的重要地位。这部游戏 开创了第一人称射击游戏的先河，更重要的是，它在 X 轴和 Y 轴的基础上增加了一根 Z 轴，在由宽度和高度构成的平面上增加了一个向前向后的纵深空间，这根 Z 轴对那些看惯了 2D 游戏的玩家造成的巨大冲击可想而知。Wolfenstein 3D 引擎的作者是大名鼎鼎的约翰卡马克，这位

10、id Software 公司的首席 程序师正是凭借这款 Wolfenstein 3D 引擎在游戏圈里站稳了脚跟。事实上， 德军司令部 并非第一款采用第一人称视角的游戏，在它发售前的几个月，Origin 公司就已经推出了一 款第一人称视角的角色扮演游戏创世纪：地下世界 （Ultima Underworld） ，这款角 游戏采用了类似的技术，但它与 Wolfenstein 3D 引擎之间有着相当大的差别，举例来说， 地下世界的引擎支持斜坡，地板和天花板可以有不同的高度，分出不同的层次，玩家可 以在游戏中跳跃，可以抬头低头，这些特性 Wolfenstein 3D 引擎都无法做到，而且从画面 上看，

11、德军司令部更接近漫画风格而不是传统的像素画面。尽管从技术细节上看，Wolfenstein 3D 引擎比不上创世纪：地下世界的引擎，但它 却更好地利用了第一人称视角的特点，快速火爆的游戏节奏使人们一下子记住了“第一人称 射击游戏”这个单词，而不是“第一人称角色扮演游戏” 。 德军司令部后来还发布过一款 名义上的续集三元的崛起 （Rise of the Triad） ，这款游戏在 Wolfenstein 3D 引擎 的基础上增加了许多重要特性，包括跳跃和抬头低头等动作。引擎诞生初期的另一部重要游戏同样是出自 id Software 公司的一款非常成功的第一人称 射击游戏毁灭战士 （Doom） 。D

12、oom 引擎在技术上大大超越了 Wolfenstein 3D 引擎， 德军司令部中的所有物体大小都是固定的，所有路径之间的角度都是直角，也就是说你 只能笔直地前进或后退，这些局限在毁灭战士中都得到了突破。尽管游戏的关卡还是维 持在 2D 平面上进行制作，没有“楼上楼”的概念，但墙壁的厚度可以为任意，并且路径之 间的角度也可以为任意，这使得楼梯、升降平台、塔楼和户外等各种场景成为可能。由于 Doom 引擎本质上依然是二维的，因此可以做到同时在屏幕上显示大量角色而不影响 游戏的运行速度，这一特点为游戏创造出了一种疯狂刺激的动作风格，在这方面迄今为止大 约只有英雄萨姆 （Serious Sam）系列

13、能与之相比，除此之外还没有哪款 3D 引擎能在大 批敌人向你涌来的时候依然保持游戏的流畅，这也是为什么如今市面上的大部分第一人称射 击游戏都在积极地培养玩家的战术运用能力、提高玩家的射击准确率而拒绝滥砍滥杀的主要 原因之一。值得一提的是，尽管 Doom 引擎缺乏足够的细节度，但开发者仍然在毁灭战士 中表现出了惊人的环境效果，其纯熟的设计技巧实在令人赞叹。不过更值得纪念的是，Doom 引擎是第一个被用于授权的引擎。1993 年底，Raven 公司采 用改进后的 Doom 引擎开发了一款名为投影者 （ShadowCaster）的游戏，这是游戏史上第 一例成功的嫁接手术。1994 年 Raven 公

14、司采用 Doom 引擎开发异教徒 （Heretic） ，为引 擎增加了飞行的特性，成为跳跃动作的前身。1995 年 Raven 公司采用 Doom 引擎开发毁灭 巫师 （Hexen） ，加入了新的音效技术、脚本技术以及一种类似集线器的关卡设计，使你可 以在不同关卡之间自由移动。Raven 公司与 id Software 公司之间的一系列合作充分说明了 引擎的授权无论对于使用者还是开发者来说都是大有裨益的，只有把自己的引擎交给更多的 人去使用才能使引擎不断地成熟起来。毁灭战士系列本身就相当成功，大约卖了 350 万套，而授权费又为 id Software 公司 带来了一笔可观的收入。在此之前引擎

15、只是作为一种自产自销的开发工具，从来没有哪家游戏商考虑过依靠引擎赚钱，Doom 引擎的成功无疑为人们打开了一片新的市场。引擎的转变（1994 年1997 年）在引擎的进化过程中，肯西尔弗曼于 1994 年为 3D Realms 公司开发的 Build 引擎是一 个重要的里程碑，Build 引擎的“肉身”就是那款家喻户晓的毁灭公爵 （Duke Nukem 3D） 。 毁灭公爵已经具备了今天第一人称射击游戏的所有标准内容，如跳跃、360 度环视 以及下蹲和游泳等特性，此外还把异教徒里的飞行换成了喷气背包，甚至加入了角色缩 小等令人耳目一新的内容。在 Build 引擎的基础上先后诞生过 14 款游戏

16、，例如农夫也疯 狂 （Redneck Rampage） 、 阴影武士 （Shadow Warrior）和血兆 （Blood）等，还有台 湾艾生资讯开发的七侠五义 ，这是当时（至今依然是）国内不多的几款 3D 射击游戏之一。 Build 引擎的授权业务大约为 3D Realms 公司带来了一百多万美元的额外收入，3D Realms 公司也由此而成为了引擎授权市场上的第一个“暴发户” 。不过从总体来看，Build 引擎并 没有为 3D 引擎的发展带来任何质的变化，突破的任务最终由 id Software 公司的雷神之 锤 （Quake）完成了。雷神之锤紧跟在毁灭公爵之后发售，两者孰优孰劣一时之间成为玩家的热门话题。 从内容的精彩程度来看毁灭公爵超过雷神之锤不少，但从技术的先进与否来看， 雷神之锤是毫无疑问的赢家。Quake 引擎是当时第一