初识3D游戏引擎

1 引擎规划
        和当今的商业游戏引擎相比较而言，本书中这个构建在游戏上的游戏引擎，显得微不足道。游戏Stranded的引擎小到足以包含在单独一个库中。由于游戏引擎取决于开发人员的需求，因此开发或分割游戏引擎的正确方法不止一种。通常，最好是将无关的系统分割成不同的动态链接库(DLL)，这样可以更方便地将改动过的软件更新、修改和重新发布给用户。如果有任何类型的更新，那么将全部.exe文件重新发布给已经购买该款游戏的用户很不经济。只要开发人员重新发布一个动态链接库(DLL)(只是整个语系中的一小部分)，那么效率将会提高很多。虽然现在的宽带Internet使得下载更新信息的速度比过去快很多，但目前所发布的这些游戏远比过去的要庞杂的多。现在的某些游戏仅为了安装在用户的机器上就要用掉4张光盘或更多。这使得在Internet上重新发布整个游戏，效率变得低下。这对用于修复在用户机器上产生严重问题的程序缺陷的主要更新信息而言，是非常可怕的事情。

        Stranded的游戏引擎分为5个主要部分。它们分别是：渲染系统、输入系统、声音系统、人工智能系统以及数学库。每一部分都非常小，所以单独一个静态库就能满足本书游戏开发的需要了。当然，如果游戏引擎扩充到本书讨论的范围之外，那么读者也许就会想到使用多个动态链接库(DLL)来替代和个静态库。引擎的每一部分都有自己的头文件和源文件。为方便起见，全部头文件都包含在一个名为engine.h的头文件中。只需要将全部头文件囊括在一个文件中并进行修改即可，而不必考虑在游戏引擎中的多个文件中进行繁琐的操作。

1.1 渲染系统
        渲染系统包含了一次渲染大批几何图形的程序代码。例如，为了显示一个角色模型，就要使用缓存在同一时间内将全部数据发送给渲染系统，也就是说，不是每次只发送一个三角形数据。可以使用纹理图像使几何图形发生渐变，从而增添场景的细节层次。角色模型数据、级别数据等之间没有什么差异，对它们采用的是相同的处理方式。要动画显示的模型和其他物体在发送给渲染系统之前都要做动画处理。当谈及级别几何图形时，本书将使用多种不同的技术，这会使数据的渲染率更高。渲染系统只关心发送给自己的数据并将其显示出来，而不管要绘制的是几何图形或是在屏幕上渲染显示文本。渲染系统并不负责哪些内容要渲染，而哪些不需要渲染。

        渲染系统负责初始化渲染API、创建和绘制文本、绘制纹理几何图形、实现硬件光照并在完成工作之后整理系统工作。由于纹理的创建和销毁取决于正在使用的渲染API，因此渲染系统将不得不处理这些事情。直接在渲染系统中处理纹理将会使系统显得尽可能独立。将渲染API移植到OpenGL或另一个渲染API，都不会影响到渲染系统之外的代码。这是编写API无关的代码的关键之处。

1.2 输入系统
        输入系统将支持键盘、鼠标、手柄和游戏垫。因为DirectInput考虑了全部非键盘和鼠标这样的输入设备，所以对诸如游戏控制器、手柄、游戏垫等这样的设备都采用同样的代码进行基本的处理。游戏引擎包含一个输入系统。这个输入系统唯一的目的是创建输入设备，并在必要的时候初始化和关闭API。每种设备都派生于基类。这同样使用于输入系统类。每个设备都包含确定按钮是否处于某种特定状态(向上、向下或被按下等状态)的通用函数。

1.3 声音系统
        声音系统与输入系统非常相似，因为它包含一个声音系统类，它是从基类派生出来的，由于设置声音API、创建和销毁声音对象，并在完成工作时清理系统。声音对象派生于声音对象基类，这样声音系统会保持和其他系统的独立。因为声音资源要占用一些内存，所以许多物体都将使用相同的声音文件。声音系统自己保存声音文件列表。声音列表包含了已经加载并将要播放的声音文件。声音对象有自己的声音ID，用于告诉声音系统它引用的声音。虽然有成百上千的对象使用某个声音文件，但在内存中只加载一个声音文件。游戏引擎中的声音对象将保存声音文件名，并将数组索引保存到对应具体文件的声音列表中。从本质上讲，声音对象很简单，它只是一种引用由声音系统加载的声音文件的方法。

1.4 人工智能
        从感觉上讲，人工智能系统可以和数学系统相比较。它由几个函数构成，这些函数用于确定代码调用时要采取的动作。人工智能在本游戏中将保持简单的风格，所以在此并没有很多的代码。

1.5 数学库
        数学库是由引擎及其游戏大量使用的数学类、函数和常量构成的集合。主要的数学库类包括向量、矩阵、四元数、射线、平面、边界体、基本物理学函数和多边形。数学就是数学，它并不简单。游戏引擎及其他在该引擎上开发的游戏都将用到数学库中的每项内容。数学库中添加的代码简单明了，并且可以随着游戏引擎/游戏的扩展而扩展。

        数学库中的物理学内容将会很简单，它只负责处理重力和物体间简单的碰撞和反应。物体不仅需要具备快速处理和其他物体之间发生碰撞的能力，同样也要具备快速处理和环境发生碰撞的能力。采用这种处理方式就会产生于程序性能相关的问题，但是有许多方法可以加速计算，从而保证游戏玩家可以接受程序性能。物理学是一个很庞大的主题，附录A中有许多有关这一主题的资源可以帮助读者拓展本书讨论范围之外的知识。