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十五款主流三维图形引擎简介
时间:2019-11-27    评论:0
    来源:计算机科学与应用
    作者:魏新亮,孙伟
    单位:中山大学软件学院

    虚拟现实是近年来出现的高新前沿技术,利用电脑高速计算,模拟产生一个虚拟的三维空间,让使用者拥有视觉、听觉、触觉等感官的模拟,如同亲历其境一般,可以实时、无限制地观察和体验三度空间内的所有事物。虚拟现实的软件技术基础是三维图形渲染技术,三维图形渲染技术也是三维图形引擎的核心。

    一些极具影响力的公司开发了一批应用于游戏方面的三维图形引擎,下面将分别介绍主要的几个引擎

    Quake(雷神)系列引擎

    Castel Wolfenstein 3D (1992)是第一款被游戏玩家广泛接受的 3D 第一人称射击类游戏(FPS)。这款游戏是由总部位于 Texas 的 Id Software 公司为 PC 平台开发的,它为游戏产业的发展指明了一个激动人心的新方向。Id Software 公司随后又接连开发了 Doom、Quake、Quake II 和 Quake III 四款游戏,这四款游戏所使用的三维图形引擎架构类似,我们统称为 Quake 系列引擎。


    Quake 在三维图形引擎发展过程中具有里程碑的意义,它具备了现在三维图形引擎的雏形,并激励了后来者们的研发热情。许多基于 Quake 技术构建的游戏,并非是直接使用 Quake 引擎构建的,而是通过一些其他的游戏或平台间接地使用到Quake技术。事实上,Valve公司的Source引擎最初也根植于Quake技术。

    Unreal (虚幻)系列引擎

    Epic Games Inc.公司在 1998 年突然出现在第一人称射击类游戏领域,并带来了一个传奇性的游戏Unreal。从那之后,Unreal 引擎就一直是 Quake 引擎在 FPS 领域最大的竞争对手。Unreal Engine 2(UE2)引擎是 Unreal Tournament 2004 的基础。大量的玩家和程序员据此开发出了数之不尽的“MOD”、大学项目和商业游戏。而 Unreal Engine 3 (UE3)引擎则宣传说它带来了业界最好的公爵和最丰富的游戏特性集,其中包括一个方便且强大的着色器构建图形用户界面以及一个被称为Kismet 的方便且强大的游戏逻辑编程图形用户界面。


    Unreal 引擎因其丰富的扩展性和易于使用的内置工具而广为人知。Unreal 引擎并不是完美的,所以大多数开发者都会对其进行某些修改以使他们的游戏在特定的平台上能以最佳的方式运行。但 Unreal 引擎的确是一个异常强大的原型工具和商业游戏开发平台,几乎可以用它来构建任何第一人称和第三人称的游戏。

    除了游戏,Unreal 引擎还涵盖了教育、建筑等其他领域。Digital Design 公司曾与联合国教科文组织的世界文化遗产分部合作采用 Unreal 引擎制作过巴黎圣母院的内部虚拟演示。Zen Tao 公司采用 Unreal引擎为空手道选手制作过武术训练软件。另一家软件开发商 Vito Miliano 公司也采用 Unreal 引擎开发了一套名为“Unrealty”的建筑设计软件,用于房地产的演示。目前,Unreal 引擎已经发布了第四代引擎 Unreal 4,它可以在不榨干硬件机能的情况下同时渲染数以百万的粒子,并且包含了新的 Kismet 2 工具,它让开发者在简单地操作界面下就能渲染出复杂的场景。这些特性使得虚幻 4 的 SDK 将更加简单易用,从而允许更少的开发者完成更多的工作。

   Source 引擎

    Source 引擎是获得巨大成功的 Half-Life 2 及其续集 HL2:Episode One、HL2:Episode Two、TeamFortress 2 和 Portal 的三维引擎。Source 引擎是由 Valve 软件公司开发的一款高质量的引擎,在图形性能和工具集方面可以与 Unreal Engine 3 引擎相匹敌,且它对其他的游戏开发者开放授权。该引擎提供关于渲染、声效、动画、消锯齿、界面、网络、美工创意和物理模拟方面的支持。


   XNA Game Studio

    微软公司的 XNA Game Studio 是一款易于使用、非常易学的游戏开发平台。它鼓励玩家制作自己的游戏,并在网上的社区中分享自己的作品,就像 Youtube 鼓励用户制作并共享自拍视频一样。


    XNA 基于微软的 C#语言和公共语言运行时(CLR)技术。主要的开发环境是 Visual Studio,或其免费版 Visual Studio Express。所有资源,包括源代码和游戏资源等,都由 Visual Studio 进行管理。开发者可以使用 XNA 为 PC 平台和微软的 Xbox 360 游戏机制作游戏。在付了一定费用后,玩家可以把自己的作品上传到 Xbox Live 网络中与其他人共享。通过无偿地提供一些优秀的工具,微软为普通用户打开了一扇制作新游戏的大门。

   Unity 引擎

    Unity 是由 Unity Technologies 开发的一个让玩家轻松创建诸如三维视频游戏、建筑可视化、实时三维动画等类型互动内容的多平台的综合型游戏开发工具,是一个全面整合的专业游戏引擎。Unity 对 DirectX 和 OpenGL 拥有高度优化的图形渲染管道,并支持所有文件格式,能和大部分相关应用程序协同工作。Unity 的着色器系统整合了易用性、灵活性和高性能。Unity 也提供了具有柔和引擎和烘焙 lightmaps 的高度完善的光影渲染系统。


   Gamebryo 引擎

    Gamebryo是一款便捷且易上手的开放式跨平台游戏开发引擎。Gamebryo为当今主要的DCC工具(3D Max, Maya, XSI)都提供了游戏所需资源的导出插件。Gamebryo 拥有较完善的场景图结构、渲染系统、材质系统、多线程管理系统、几何模型系统、动画系统和物理系统等等。目前 Gamebryo 引擎正应用于国内的大型 3D 游戏,如《御龙在天》、《轩辕传奇》等等。总结 Gamebryo 的优点就是,灵活性、多平台、画面效果、负载能力。


   Bigworld 引擎

    Bigworld 是为大型多人在线游戏(MMOG)开发商提供的成熟的中间件平台。Bigworld 和其他游戏引擎不同,它不是针对地图为单元,将地图为单元分担到独立进程中去管理的。它是以人群数量去进行划分,从理论上讲,Bigworld 支持无限大的游戏世界,而且它完全支持无缝,因为它完全没有从物理地图区域进行分割。Bigworld 引擎最具代表的作品就是《魔兽世界》。


    CryEngine 引擎

    CryEngine 由 Crytek 开发的一款著名的三维引擎。自微软退出了 Direct 10 之后,CryEngine 2 成为了当时渲染质量最好的引擎,如今,CryEngine 对平台硬件条件要求变得十分高,导致了其使用并不如 Unreal引擎广。目前,Crytek 发布了 CryEngine 3 引擎。


   其他商业引擎

    2001 年之后,除了以上几款商业引擎外,还存在大量的商业三维引擎(如 V12 引擎、MAX-FX 引擎、Geo-Mod 引擎、Serious 引擎、夜光引擎、寒霜 3 引擎、Red Engine3 等等)。尽管独立开发者可以没有足够的预算购买一款商业引擎,但是这些商业引擎却提供了大量的在线文档和 wiki,这些文档和 wiki 中提供了大量有用的三维引擎信息和一般游戏编程知识。

    专有内部引擎

    许多公司都会构建和维护一些专有内部三维图形引擎。Eletronic Arts 公司制作的许多即时战略游戏(RTS)都是基于 Westwood Studios 公司开发的一款称为 SAGE 的专有内部引擎开发的。Naughty Dog 公司制作的 Crash Bandicoot、Jak and Daxter 系列和最近的 Uncharted:Drake’s Fortune 都在分别为 PlayStation、PlayStation 2 和 PlayStation 3 定制的三款内部引擎进行了构建[12]。当然,大多数的商业许可的三维图形引擎,例如 Quake、Source 和 Unreal Engine 最初都是专有内部引擎。

   开源引擎

    开源三维图形引擎是由业余爱好者和专业游戏开发者构建的可以从网上免费获取的引擎。术语“开源”通常意味着可以免费获取引擎的源代码,同时还意味着引擎开发过程中使用了某种开源开发模式,而采用这种开发模式则意味着每个人都可以为引擎贡献代码。开源引擎通常会采用 GNU 公共许可(GPL)或宽松 GNU 公共许可(LGPL)。网上有大量的开源引擎,其中有些引擎非常不错,有些则比较一般,还有一些非常糟糕。

    OGRE 3D 是一款架构良好、易于学习、易于使用的三维渲染引擎。它自称拥有一个功能完备的渲染器,包括高级光照和阴影功能、一个优秀的骨骼角色动画系统、一个用于平视现实(HUP)和图形用户接口的二维叠加系统和一个用于制作全屏效果(例如光晕效果)的后期处理系统。ORGE 并不是一个完整的三维引擎,但是它确实提供了大部分三维引擎都需要用到的一些基本组件。

    下面列出了一些知名的开源三维引擎:

    1) Irrlicht 是一个完全跨平台的 3D 游戏引擎。具有高效,实时等特点,使用 D3D、OpenGL 和它的自己的渲染程序。支持动态的阴影,粒子系统,角色动画,室内和室外技术以及碰撞检测等。提供Anti-aliasing 支持,可运行于 Linux,Windows,MacOS。

    2) Panda3D,由迪斯尼 VR 工作室开发和维护的 3D 游戏引擎(BSD 授权)。是一款基于脚本的引擎。这一款引擎的主要接口是一种自定义Python脚本语言。它主要用于3D 游戏原型和虚拟世界的快速制作。

    3) Crystal Space 是 3D 构架,用 C++语言编写。开发者包括 Jorrit Tyberghein。首个公开版本发布于1997 年 8 月 26 日,通常用于电子游戏目的。是使用 GNU Lesser General Public License 协议的自由软件,作为 SourceForge.net 2003 年 2 月的月度项目。可用 OpenGL(全平台),SDL(全 SDL 平台),X11(Unix 和GNU/Linux)或 SVGALib (GNU/Linux)。

    4) Genesis-3D 是国内游戏公司搜狐畅游研发并发布的一个可以让玩家及开发者轻松创建三维视频游戏等的首款国内外开源 3D 游戏引擎平台。它包括跨平台渲染引擎、2D 引擎、物理引擎、音效系统、粒子系统、动画系统、服务器引擎、游戏设计工具等,可适用于各种类型游戏研发的综合型游戏开发平台。

    5) Yake 是一款在 OGRE 基础上构建的功能完备的三维图形引擎。它是一款组件化、面向对象化的引擎。
标签:引擎QuakeUnrealUnity
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