學習筆記(十一)：遊戲引擎架構
通過原文博主的課程，這個系列是對遊戲引擎內容的一個概括總結，同時也是對遊戲開發技術的一個相當全面的總結。
正如學習筆記在開篇所提到的，遊戲引擎架構的學習有助於我們建立一個對遊戲全域性性的認識。
下面是按照視訊的順序自底向上的簡單講解各個概念，參考文中最後的架構圖（英文版與中文版可以對照著看）。
1.遊戲引擎
就如漢字最開始是由圖案構成的一樣，遊戲引擎一開始也只是一個單獨的遊戲。當人們不斷的製作新的遊戲的時候，發現很多功能是通用的，沒有必要做重複的內容。所以，人們開始對遊戲裡面的功能進行抽象總結，這樣在開發新的遊戲的時候可以直接使用之前的成果，即節省時間，又可以避免很多前人遇到的坑。
這些由之前開發遊戲的經驗與成果所抽象總結的一個系統就是遊戲引擎。一個成熟的遊戲引擎應該儘可能的通用於各種遊戲製作，提供一套完善的製作流程。各個遊戲大廠一般都有自己的遊戲引擎，其他小型公司一般使用的是商業遊戲引擎，如Unity，UE4。
2.架構
架構是一個系統的草圖，描述了構成系統的抽象元件以及他們之間的關係。任何一個稍微複雜一些的軟體系統都需要一個合適的架構，對於如此複雜的遊戲引擎，當然更為需要。
3.第三方軟體開發包
也就是常說的第三方庫，包括靜態庫與動態庫。別人寫好的封裝好的程式碼庫，引入之後直接呼叫。
4.平臺獨立層
這裡面的內容並不是說與平臺完全無關，而是說其基本的邏輯在各個平臺大致是相同的，而且幾乎都是必須要用到的。其中的差異通過介面卡來適配到各種平臺。
5.原子型別與原子操作
這個偏向於作業系統層面，所謂原子就是不可拆分的。在作業系統底層，一般只有bool，int等型別是可以被各個系統識別的，我們在高階語言所寫的類在系統底層都會被轉換為原子資料來操作。
6.定時器
遊戲中定時器是一個非常重要的內容，很多遊戲邏輯都需要，比如每隔2秒恢復10點生命值。為了提高遊戲各項精度，很有必要提供一個高精度的定時器。
7.Graphics Wrappers 圖形包裹類
圖形抽象層，動態切換DX/OpenGL
8.Moudule模組
遊戲引擎相當複雜，我們需要將其拆分成各個模組來便於我們理解與使用。如渲染模組，物理模組，音效模組，動畫模組等，不同的引擎在模組的設計上不同。
9.字串
我們看到在核心繫統架構內，字串被單獨拿出來，證明其獨特性。字串的複雜性主要在於編碼，同樣的內容不同的編碼其二進位制資料是不同的，我們在進行在地化（國際化）的時候不得不面對這個問題。另外，hash string表示將一個字串轉換成一個數值，在伺服器驗證的時候經常用到。
關於編碼的相關講解：
Unicode 和 UTF-8 有何區別？https://www.zhihu.com/question/23374078
字元集詳解（一看就懂系列）http://blog.csdn.net/u012999985/article/details/77619368
10.偵錯
一般分為斷點偵錯與紀錄檔輸出偵錯，好的偵錯方法可以快速的定位問題。下一節還會更詳細的描述。
11.語法分析器
其實可以理解為XML等檔案解析器，方便我們使用XML等描述遊戲物件，做相關設定
12.效能分析
一般的引擎都會提供相關的效能分析工具，比如unreal內建的Profiler。當然，我們還可以選擇一些其他的工具，比如Intel的vtune。
13.引擎設定
遊戲引擎裡面有太多的引數需要我們設定了，如何方便的修改設定並應用？常見的手段就是ini檔案，通過簡單的修改組態檔裡面的內容，可以在引擎啟動時就調整某些內建選項，比如光照精度，遊戲控制等等。很多遊戲專案裡面也經常會用到組態檔。
14.曲線
學過圖學的朋友應該比較熟悉，常見的曲線有B樣條與貝塞爾曲線。我們遊戲中攝像機移動，各種渲染插值都會用到曲線。
15.RTTI、反射、序列化
- RTTI是執行時型別識別，C++基本概念。簡單來說就是在執行的時候可以判斷一個物件的型別。
- 反射是在RTTI的基礎上提供有關類的更詳細的資訊。
- 序列化就是將類物件儲存到磁碟並能在之後正確的載入還原出來。
16.唯一識別符號
這個在網路里面經常用到，比如給一個網路玩家新增一個唯一標識，給一個同步物件新增唯一標識，一般叫做GUID。
17.遊戲資產
簡單理解就是各種檔案了，動畫資原始檔，圖片檔案，字型檔案，地圖檔案等等。這麼多種型別的檔案當然需要一個統一的管理與解析，資源管理也是非常複雜的一個模組，有點像一個小的作業系統了。
18.材質與紋理
直接參考連結：貼圖、紋理、材質的區別是什麼？
19.攝像機
攝像機的位置決定了渲染的內容
20.物理
核心內容：動力學與碰撞
其他內容：射線檢測，一般在帶有物理的引擎中，所有的射線檢測都是基於物理的。射線檢測非常好用，一般我們的無實彈槍的命中，障礙檢測都需要射線檢測。
21.BSP樹
BSP樹與八叉樹各有什麼優劣，分別有什麼應用場合？https://www.zhihu.com/question/29739023
22.關於剔除
渲染我們值只渲染玩家可見的部分，其他的剔除。有些數量龐大的物件我們只載入玩家附近的，其他的剔除。
23.光照貼圖
動態光照對cpu以及gpu的消耗是很大的，為了減小開銷。我們可以將靜態的光照貼圖貼在物件上從而代替動態關照。
24.動態陰影
http://www.cppblog.com/shadow/archive/2005/12/23/1991.aspx
25.貼花Decal
就是將一個面片貼到指定的模型上來表現新的圖案效果，比如子彈打在地上的彈孔。貼花是在觸發時臨時建立的帶圖案的模型，並不是直接在原來的模型上繪製。
26.HDR與後處理
前面渲染部分有講解 http://blog.csdn.net/u012999985/article/details/79090657
27.環境對映EnvironmentMapping
這裡翻譯成環境對映比較好，環境對映是一種用來模擬光滑表面對周圍環境的反射的技術。而環境貼圖一般指CUBEMAP，屬於環境對映的基本實現方式。
28.PRT
PRT是指Precomputed Radiance Transfer，光輻射傳輸預計算。把輻射率的傳輸（包括陰影和相互反射的關係）預生成球諧函數（spherical harmonics, SH）的係數儲存在幾張紋理中（SH lightmap）.然後，儲存靜態 light probe 的 SH，或動態地把光源生成 SH，點積後就可以得到含有環境光照、陰影和相互反射的全域性光照效果。[參照自知乎[Milo Yip回答]
](https://www.zhihu.com/question/264405382)簡單來說就是實現全域性光照。
29.層級式物體依附
這個翻譯到漢語有點繞口。其實本意就是骨骼關聯，我們可以將任意一個物件Attach到任何一個骨骼上面。骨骼是層級關係，被attach的物件就會跟著這個骨骼保持一致，不會受這個骨骼的子骨骼影響。
30.MatchMaking
這一塊涉及到網路遊戲的遊戲模式，涉及到遊戲大廳內直接玩，還是單獨開房間，如何匹配等問題。一般引擎都會提供相關的介面來對接，不過很多細節還需要遊戲專案自己去寫。
31.音訊
一般分為音效和音樂，音效是簡短的幾秒的聲音，音樂一般是長時間播放的背景音樂。引擎應該提供漸變，混合等效果，3D遊戲引擎還需要提供三維音訊模型。
32.前端FrontEnd
前端這一塊主要指UI，包括HUD與內建GUI。
IGC表示利用遊戲內容實時錄製動畫，很多過場動畫都是這麼做的，比CG要節省太多成本。
33.靜態與動態元素
一般在遊戲世界，那些在整個遊戲過程中位置不會移動的就是靜態元素，如建築，地形，草木。可以與玩家產生位移互動的一般就是動態元素，如NPC，動物等。當然，這不是絕對的，任何東西理論上你都可以把他做成是動態的，不過很明顯二者在實現上有很大的差異。
34.世界載入
所有在遊戲場景的物體都需要從硬碟載入到記憶體中執行，這個過程就是World Loading。涉及到場景載入還有很多技術，比如流式載入，可以用於大世界場景的動態載入。
35.指令碼
指令碼方便程式修改，可以像資源一樣熱更新到程式裡面。
36.遊戲專用子系統
這裡就是指我們常見的各種遊戲邏輯模組，如道具模組，武器系統，成就係統等。當然，遊戲引擎沒有必要去實現這些內容，因為他們屬於遊戲專案邏輯。不過，鑑於大部分引擎都是基於遊戲專案演變的，所以不同的引擎會構建不同的遊戲GamPlay框架，如虛幻4的遊戲框架就是基於FPS的，非常適合FPS遊戲專案的開發。
37.玩家機制
這個博主覺得也可以叫做玩家角色控制模組，就是指你是如何控制你的角色移動，動作表現，相機位置，碰撞等內容的。
38.遊戲攝像機
前面提到的攝像機是從渲染底層來看的，他決定了渲染的內容。不過在遊戲邏輯這一塊，我們主要在乎的是他的位置。是一直跟隨著玩家，還是可以通過上帝視角檢視，這都是遊戲邏輯需要控制的。
39.人工智慧
理論上如當前火爆的AI技術一樣，你可以用深度學習，機器學習去操作影響AI角色的表現。但實際上，大部分遊戲裡面的AI角色都是比較「低能」的，只要會簡單的尋路，簡單的感知即可。原因很簡單，我花費最簡單的邏輯就能讓玩家體驗到逼真的AI了，何必搞得那麼複雜。
當然，這並不是不需要去深入探索遊戲AI，目前還是有很多遊戲領域的人在這個方面探索的。
40.常用開發工具
引擎開發IDE：Visual Studio
版本管理：SVN，Git
41.Debug，Release
主要差別有一下幾點：
- Debug模式下程式沒有優化，可以斷點
- Debug模式很多程式碼會做更多的檢測，如陣列越界。導致有時候在Debug有斷言中斷的位置，換成Release就沒有任何問題。
- Debug模式下編譯出來的程式比Release大的多，而且跑起來也可能慢的多。
42.軟體的主要構成
視訊中講師的理解是：演演算法+資料結構+設計模式
43.遊戲開發常用的數學知識
向量運算，三角函數，矩陣運算，四元數，亂數，座標系運算（笛卡爾座標系、極座標系、球座標系），空間變換，以及其他的幾何學（點到面的距離，點是否在幾何體內等），微積分
44.記憶體管理
涉及到記憶體碎片，記憶體分配，記憶體洩露，虛擬內容等內容，這部分內容可以找一本作業系統的書來學習一下。
45.容器
就是我們常說的資料結構，包括堆、棧、陣列、連結串列、樹、圖、佇列等。注意他們的特點與使用場景，比如是不是連續記憶體，是不是動態改變大小等。
46.I/O
I/O即輸入/輸出(Input/Output)，一般指磁碟IO與快取IO。我們在讀寫時可能需要將磁碟內容寫到記憶體，記憶體寫到快取，快取寫到暫存器等等操作，一般這些操作是很耗時間的。所以CPU不能在IO時乾等著，他會將任務交給DMA去處理，這樣整個IO對CPU的消耗就大大減輕。不過即使如此，在上下切換時也要消耗CPU的時間，所以減少IO的數量還是很有必要的。
47.遊戲迴圈與渲染迴圈
其實整個遊戲本質上就是一個無限迴圈的程式，所有的邏輯都在迴圈裡面處理。
同理，渲染模組本身也是一個迴圈，裡面會有更新相機，更新場景元素，開始渲染，輸出到螢幕等操作。
48.物件元件模型
很多遊戲引擎都採用這種模式來構建遊戲物件，元件模型通過將多個功能獨立包裝成單獨的元件，可以自由的裝配或或拆卸。達到了很好的解耦效果，增加了元件的通用性與靈活性。
轉自連結（轉載請標明）：http://blog.csdn.net/u012999985/article/details/79090524