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触屏版游戏引擎科普：以开发者的名义如何做好一款3D引擎
发表时间：2017-04-18赛车引擎作为一辆赛车的心脏部件，它的性能决定着整个赛车的性能、稳定性、速度、操纵感等。游戏也同样，游戏引擎是整个游戏的核心部件，它直接控制着玩家所接触到的剧情、关卡、角色、音乐、GUI界面等游戏
元素，通过它可以将游戏中的所有元素联系在一起。
笔者所在的项目组最近正与一家科研机构合作研发一款地形渲染3D引擎，它可以创建超过10*10公里的特大虚拟现实场景，以真实GIS地理坐标数据1：1模拟超大场景的虚拟世界。并且在飞行视角中，可呈现超长可视距离
和复杂错落的地形表现。我们旨在不同的光照场景中或动态气象环境中，以精细的pbr物理着色渲染，逼真表现对象在相应场景下应有的材质、反射与粗糙度，塑造细腻逼真的照片感画质。
研发期间，我们也对业界知名引擎做了深入研究，Unity、Unreal这样的实力大厂无需赘言，不过也有意外发现，国内引擎也在默默发力。一家名为C2engine的3D引擎公司引起了我的兴趣。最开始了解它是通过百度贴吧
的一篇吐槽贴“揭开国产游戏引擎C2engine的真面目”。尽管该引擎目前还处于起步阶段，但是笔者比较看好其“无编程”和“HTML5”的发展理念，也算是顺应趋势了。相信国内多多少少的开发者对这款国产引擎也有
所期待。
回到正题，要开发一款3D引擎，首先你要了解最基本的3D知识，如可编程流水线，固定流水线，骨骼动画，3D模型结构等知识，并能够用Dirct3D、OPENGL或OPENGLES图形库中任何一个做简单的Demo。通过Demo了解程序
运行的原理后，再尝试封装一些简单算法、常用函数，利用这个简单封装做一款小的游戏Demo。在以上基础上再研究GPU编程比如CG、HLSL语言后，学习大型游戏开发中的常用算法，如Bloom算法、PSSM实时阴影算法等这
些与Shader编程紧密相关的后处理渲染算法。
然而开发一款高品质3D引擎并不简单，笔者曾参与过国内知名IT游戏公司的3D游戏引擎开发项目，利用业余时间也开发过3D游戏引擎，从底层算法到架构设计都是一个人完成的，当然开发周期也比较长。那么除了3D知识
还有哪些必备技能要掌握？
首先，像C、C++、Java或C#这样的主流编程语言，至少要拿下一门。编程和数据结构密不可分，它在游戏开发中主要用来存储数据及管理内存。开发3D引擎常用的数据结构有链表、数组、哈希表等常用的查找算法：二叉
树查找，快速排序，二分查找等，这些常用的数据结构要重点掌握。
其次，开发者不能忽视线性代数的重要性。线性代数可以帮助开发者灵活运用向量、矩阵、四元数以及欧拉角这些基本的数学运算解决问题。运算主要涉及游戏开发中的物体移动、缩放、旋转以及点乘和差乘等。
另外，现在的3D游戏引擎渲染都是基于DirectX或OPENGL、OPENGLES这些图形库完成的，这就要求开发者能够熟练使用图形库的接口开发程序，在当前移动端跨平台异常火热的情况下，更建议大家学习OPENGL图形库。3D
引擎的核心功能就是对游戏场景的渲染和物体的材质渲染。场景渲染使用的是后处理渲染效果，比如Bloom、Blur、Ssao、Pssm等。C2engine引擎交流群：189087351这些效果实现与GPU编程息息相关，因此要求大家至少
掌握GLSL、HLSL或CG这些基于显卡GPU编程语言的一种。
最后是图形学算法，游戏要实现逼真效果离不开算法支持，比如柔体的模拟，刚体碰撞效果以及曲线插值算法等。学习图形学算法，建议大家阅读《算法导论》这本经典书籍。
另外在框架设计方面，需要掌握设计模式里常用的工厂模式，单件模式，状态模式，MVC模式等。初学者在使用设计模式时容易出现一个误区：为了使用设计模式而使用设计模式。记住过度的使用会适得其反，凡事要把
握好度。真正的用剑高手，可以做到手中无剑，心中有剑的境界。
无论是底层算法还是框架设计的学习，都不是死记硬背和生搬硬套，而要将其灵活运用到项目开发中，由浅入深地吸收其设计精髓。掌握3D引擎开发技术不是一朝一夕能够完成的，除了吃透国内外引擎市场的本质，关键
在于坚持，建议大家循序渐进地学习，如果你能累积钻研达到10000小时，也许你离3D引擎高手不远了。
