什么是游戏引擎？
我们经常会碰到“发动机”这个词。引擎在游戏中起什么作用？它的演变对游戏的发展有什么影响？
一、什么是发动机？
我们可以把游戏的引擎比作赛车的引擎。众所周知，发动机是赛车的心脏，决定着赛车的性能和稳定性。赛车的速度、操控感等与驾驶者直接相关的指标，都是以发动机为基础的。游戏也是如此。玩家体验到的故事、关卡、美工、音乐、操作都是由游戏的引擎直接控制的。它扮演中场引擎的角色，将游戏中的所有元素捆绑在一起，并指挥它们在后台同时有序地工作。简单来说，引擎就是“用来控制所有游戏功能的主程序，从计算碰撞、物理系统与物体的相对位置，到接受玩家的输入，以正确的音量输出声音等。”
可见发动机并不是什么神秘的东西。无论是2D游戏还是3D游戏，无论是角色扮演游戏、即时战略游戏、冒险解谜游戏还是动作射击游戏，即使是只有1兆的小游戏也有这样的控制代码。经过不断的进化，如今的游戏引擎已经发展成为一套由多个子系统组成的复杂系统，从建模和动画到光影、粒子特效，从物理系统和碰撞检测到文件管理、网络特性，以及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。下面简单介绍一下发动机的一些关键部件。
首先是光影效果，即场景中的光源对其中的人和物的影响方式。游戏的灯光效果完全由引擎控制，折射、反射等基本光学原理，以及动态光源、彩色光源等高级效果都是由引擎不同的编程技术实现的。
其次，动画。目前游戏中使用的动画系统可以分为两种:一种是骨骼动画系统，一种是模型动画系统。前者是利用内置骨骼来驱动物体移动，比较常见，后者是在模型的基础上直接变形。引擎将这两个动画系统提前嵌入到游戏中，方便动画师为角色设计丰富的动作造型。
引擎的另一个重要作用是提供一个物理系统，可以使物体的运动遵循一个固定的规律。比如一个角色跳跃的时候，系统中设定的重力值会决定他能跳多高，下落的速度。子弹的飞行轨迹和车辆的颠簸方式也是由物理系统决定的。
碰撞检测是物理系统的核心部分，可以检测游戏中物体的物理边缘。当两个3D物体发生碰撞时，这种技术可以防止它们相互交叉，这就保证了当你与一面墙发生碰撞时，你不会越过墙或撞倒它，因为碰撞检测会根据你与墙之间的特征来确定两者之间的位置和相互作用。
渲染是引擎最重要的功能之一。3D模型做出来后，美国工会根据不同的脸型给模型材质贴图，相当于把骨头盖住了。最后通过渲染引擎实时计算出模型、动画、光影、特效等所有效果并显示在屏幕上。渲染引擎是引擎所有组件中最复杂的，它的功率直接决定了最终的输出质量。
引擎的另一个重要职责是负责播放器和计算机之间的通信，并处理来自键盘、鼠标、操纵杆和其他外围设备的信号。如果游戏支持网络功能，网络代码也将集成到引擎中，以管理客户端和服务器之间的通信。
通过这些枯燥的介绍，我们至少可以学到一点:引擎相当于游戏的框架。框架打下后，关卡设计师、建模师、动画师只需要填写内容即可。所以在3D游戏的开发中，引擎的制作往往会占用大量的时间。马克思·佩恩的MAX-FX引擎从最终现实的最初原型到最终产品* * *用了四年多，LithTech引擎* * *的开发用了五年时间，耗资七百万美元。Monolith(lith tech发动机的开发商)的老板詹森·霍尔甚至后悔地说，“如果我们意识到制造自己的发动机要花这么多钱，我们绝不会做这种傻事。没人能预测五年后市场会是什么样。”
正是出于节约成本、缩短周期、降低风险的考虑，越来越多的开发者倾向于使用第三方现成的引擎来制作自己的游戏，一个庞大的引擎授权市场已经形成。
第二，发动机的演变
曾经有一段时间，游戏开发者只关心如何开发尽可能多的新游戏，然后卖给玩家。虽然当时的游戏大多简单粗糙，但是每款游戏的平均开发周期都在8到10个月以上，一方面是因为技术原因，另一方面几乎每款游戏都要从头开始编码，导致大量的重复工作。渐渐地，一些有经验的开发者找到了偷懒的办法。他们从上一款游戏中借用了一些主题相似的代码作为新游戏的基本框架，以节省开发时间和费用。根据马劳先生的生产力理论，单位产品的成本会因生产力水平的提高而降低，自动化程度较高的工匠最终会淘汰那些生产力较低的工匠。发动机的概念就是在这种机械化操作的背景下诞生的。
每个游戏都有自己的引擎，但真正能被别人认可，成为标配的引擎并不多。纵观九年多的发展，我们可以看到引擎最大的驱动力来自于3D游戏，尤其是3D射击游戏。虽然像Infinity这样的2D引擎历史悠久，从Baldur的Gate系列到Planescape:tradition和Icewind Dale再到今年夏天即将发布的Icewinddale 2，但其应用范围仅限于“龙与地下城”风格的角色扮演游戏。包括万众期待的《无冬之夜》中使用的极光引擎，都有非常特殊的用途，很难推动整个引擎技术的发展，这也是为什么体育模拟游戏、飞行模拟游戏、即时战略游戏的引擎很少进入授权市场，开发者即使使用第三方引擎也很难获得理想的效果。帝国时代引擎出品的《星球大战:银河战场》就是一个最好的例子。
所以下面对引擎的历史回顾将主要集中在动作射击游戏的变化上。动作射击游戏和3D引擎的关系就相当于一对孪生兄弟，一起出生，一起成长，互相提供发展的动力。
发动机的诞生(1992 ~1993)
1992年，3D Realms公司/Apogee公司发布了Wolfenstein 3D，一款只有2万亿多的小游戏。稍微有点经验的玩家可能还记得刚接触它时的兴奋，而煽动性的“革命”二字也无法形容它在整个电脑游戏发展史上的重要地位。这款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个Z轴，在宽度和高度组成的平面上增加了一个向前和向后的深度空间。这个Z轴对那些看惯了2D比赛的玩家的巨大影响可想而知。
《沃尔芬斯坦3D引擎》的作者是大名鼎鼎的约翰·卡马克，id软件公司的首席程序员凭借这款沃尔芬斯坦3D引擎在游戏圈站稳了脚跟。其实《德军司令部》并不是第一款第一人称视角的游戏。在发布前几个月，Origin已经推出了一款第一人称视角的角色扮演游戏——Ultima黑社会。这个角落游戏使用了类似的技术，但它与Wolfenstein 3D引擎有很大的不同。比如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，并被分成不同的层次。玩家可以在游戏中跳跃，低头。这些特点是Wolfenstein 3D引擎无法实现的，而且从画面上看，德国的Command比传统的像素画面更接近漫画风格。
Wolfenstein 3D引擎虽然在技术细节上比不上《创世纪:地下世界》的引擎，但是更好的利用了第一人称视角的特点。快速而流行的游戏节奏让人一下子就记住了“第一人称射击游戏”这个词，而不是“第一人称角色扮演游戏”。《德军司令部》后来发布了一个名义上的续作——《三和弦的崛起》，在Wolfenstein 3D引擎的基础上增加了很多重要的功能，包括跳跃和上下打量。
引擎早期的另一个重要游戏也是id软件非常成功的第一人称射击游戏——Doom。Doom引擎在技术上大大超越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，也就是说你只能直走或者直走。这些限制在《毁灭战士》中被突破了。虽然游戏的关卡仍然是在2D平面上制作的，没有“楼上”的概念，但是墙壁的厚度可以任意，路径之间的角度也可以任意，这使得楼梯、升降台、塔楼、户外等各种场景成为可能。
因为末日引擎本质上还是二维的，所以可以在不影响游戏运行速度的情况下，在屏幕上同时显示大量的人物。这一特点为游戏创造了一种疯狂刺激的动作风格。到目前为止，只有《英雄山姆》这个系列可以与之相比，没有其他3D引擎可以在大量敌人向你扑来的情况下保持游戏流畅。这也是为什么现在市面上大部分第一人称射击游戏都在积极培养玩家的战术应用能力，提高玩家的射击精度，拒绝乱砍乱杀的主要原因之一。值得一提的是，虽然《毁灭战士》引擎缺乏足够的细节，但开发人员依然在《毁灭战士》中展现了惊人的环境效果，其娴熟的设计技巧着实令人惊叹。
但更值得纪念的是，末日引擎是第一个用于授权的引擎。1993年底，渡鸦公司用改进后的Doom引擎开发了一款名为ShadowCaster的游戏，这是游戏史上第一次成功的嫁接操作。1994渡鸦公司开发了带有末日引擎的异端，在引擎上增加了飞行特性，成为跳跃动作的前身。1995年，渡鸦公司开发了带有Doom引擎的己烯，并加入了新的音效技术、脚本技术和类似hub的关卡设计，让你在不同关卡间自由移动。Raven公司和id软件公司的一系列合作充分说明了引擎的授权对用户和开发者都有很大的好处。只有把自己的引擎给更多人使用，引擎才能继续成熟。
《末日战士》系列本身就相当成功，售出约350万套，授权费为id软件带来了可观的收入。在此之前，引擎只是自己生产销售的开发工具。没有一个游戏玩家考虑过靠引擎赚钱。末日引擎的成功无疑为人们打开了一个新的市场。
发动机改造(1994 ~1997)
在引擎进化的过程中，肯·西尔弗曼在1994年为3D Realms开发的建造引擎是一个重要的里程碑，而建造引擎的“肉身”就是众所周知的Duke Nukem 3D。毁灭公爵拥有当今第一人称射击游戏的所有标准内容，比如跳跃、360度环视、下蹲和游泳等。此外，它还将《异教徒》中的飞行换成了喷气背包，甚至还加入了角色还原等一些令人耳目一新的内容。在Build引擎的基础上，先后诞生了14游戏，如红脖子横冲直撞、暗影战士与热血、台湾省爱生信息开发的王者猫等，是当时(至今)国内为数不多的3D射击游戏。Build发动机的授权业务为3D Realms带来了超过百万美元的额外收入，3D Realms也因此成为发动机授权市场的第一个“暴发户”。但总体来说，Build引擎并没有给3D引擎的发展带来什么质的变化，突破任务最终由id软件的Quake完成。
雷神之锤紧随毁灭公爵之后发布，孰优孰劣顿时成为玩家热议的话题。从内容的精彩程度来说，《毁灭公爵》比《雷神之锤》强多了，但是从技术的先进性来说，《雷神之锤》是无可争议的赢家。雷神之锤引擎是第一个完全支持多边形模型，动画和粒子特效的3D引擎，而不是像Doom和Build这样的2.5D引擎。此外，雷神之锤引擎也是网络游戏的始作俑者。虽然几年前《毁灭战士》也可以通过调制解调器在线游戏，但最终将网游带入大众视野的是《雷神之锤》，推动了电竞产业的发展。
一年后，id软件推出《雷神之锤2》，一举确立了其在3D引擎市场的霸主地位。《雷神之锤2》采用了全新的引擎，可以充分利用3D加速和OpenGL技术，在图像和网络上较前作有了质的飞跃。雷文的《异教徒II》和《幸运之兵》、《仪式的罪恶》、Xatrix娱乐公司的《金并:犯罪的生活》以及离子风暴工作室去年夏天刚刚发行的《Anachronox》都是采用的。
雷神之锤II引擎的授权模式大致如下:基础授权费从40万美元到654.38+0万美元不等，版本税取决于基础授权费。40万美元的许可费需要用654.38+00%以上提取，654.38+0万美元的许可费需要用一小部分版面税提取。这样，雷神之锤2通过引擎授权至少赚了1000万美元。虽然游戏本身的销售业绩比《末日》差很多，卖了165438+万套，赚了4500万美元左右，但它从授权费中赚的利润显然比《末日》高很多。这时候发动机已经从单纯的。
俗话说“巧妇难为无米之炊”，没有实力相当的竞争对手，任何市场都无法发展。就在雷神之锤二称霸整个引擎市场的时候，Epic Megagames(现在的Epic Games)的《虚幻》问世了。毫不夸张的说，当我第一次运行这个游戏的时候，我真的被眼前的画面震惊了，尽管我只是在300x200的分辨率下运行这个游戏(四大悲剧之一:玩游戏机不够强)。除了精致的建筑，游戏中的很多特效即使在今天也依然很出色，比如荡漾的水波、美丽的天空、巨大的关卡、逼真的火焰、烟雾和力场。从单纯的画面效果来看，幻视是当之无愧的佼佼者，其震撼力完全可以和人们第一次看到《德军司令部》时的感受相提并论。
虚幻引擎可能是应用最广泛的引擎。在推出后的两年内，有18款游戏与Epic签订了授权协议，这还不包括Epic自己开发的虚幻资料片《重返纳帕利》。最近的一些作品，如第三人称动作游戏Rune，角色扮演游戏Deus Ex，以及永远不会上市的第一人称射击游戏Duke Nukem Forever，已经获得或将获得大量好评。
虚幻引擎的应用范围不仅限于游戏制作，还涵盖了教育、建筑等其他领域。数字设计与联合国教科文组织世界遗产分部合作，用虚幻引擎做了巴黎圣母院的内部虚拟演示，禅涛用虚幻引擎做了空手道选手的武术训练软件，另一家软件开发商Vito Miliano也用虚幻引擎开发了一套名为“Unrealty”的建筑设计软件，用于房地产演示。
这款与《雷神之锤2》同代的引擎一直在不断更新，至今仍活跃在游戏市场，丝毫没有老化的迹象，实在难得。