【硕士论文】基于组件的游戏引擎研究与实现.pdf

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1、北方工业大学硕士学位论文摘要近年来游戏业发展迅速，而游戏引擎是一个处理游戏底层技术的平台，使用游戏引擎，游戏开发人员可以不用花过多精力去处理系统架构、内存管理、图像绘制等一些底层的技术，可以直接使用引擎提供的API来进行游戏开发，从而大大缩短游戏开发时间。游戏引擎作为游戏的核心部分，则需要面对规模复杂性和技术多样性的挑战。为了控制这种复杂性，本文从编程语言结合设计模式的角度以组件化的形式对游戏引擎的功能进行分析和相应的结构设计。本文分析和归纳了游戏引擎中的几种常用的技术，通过组件化的层次结构和模块化设计，着重研究

2、了游戏引擎各主要部分的实现。首先，通过对当今一个比较完整的游戏引擎的功能分析，把游戏引擎划分为核心对象、图形系统、支持功能和扩展功能四个大块。然后从功能定义的角度将游戏引擎的场景管理、场景查询和各种场景对象管理归到核心对象部分，将缓存管理、3D几何计算、GPU程序、阴影管理、渲染管理、引擎状态管理和渲染子系统归为图形系统部分，接着定义了动画、字体、文件系统、输入、图像媒体、外表面、粒子系统、脚本、数学库等引擎作为支持功能模块，最后讨论了游戏引擎的扩展，并把Windows平台、Di删3D9渲染子系统、粒子系统库、物

3、理系统、Cg支持和室内场景支持等作为引擎的扩展功能实现。在实现上本文结合设计模式设计了描述游戏引擎各个部分功能的类和类的成员，并对实现中一些关键部分如场景管理器做了详细的研究。本文通过对游戏引擎的架构设计和功能分析，使我们对游戏引擎在游戏开发中的作用和相关的图形技术有了更清楚的认识。同时，通过将功能多样的游戏引擎以组件化方式的设计和实现，可以使游戏引擎结构更加清晰，同时更加容易使用和便于扩展。对于如何对系统各部分进行合理交互和职责分配，进而控制一个系统的复杂性，本文提供了一个比较有价值的参考方案。关键词：游戏引擎

4、、组件、架构、设计模式北方工业大学硕士学位论文1引言1．1游戏引擎技术概述1．1．1游戏引擎的应用环境Pc游戏的发展一直在影响着计算机硬件特别是图形处理硬件的更新，而计算机硬件的发展也在推动着PC游戏技术尤其是图形处理技术向逼真化，多样化发展。现在流行的PC游戏，从类型上说有体育类、战斗类、迷宫类、实时策略、角色扮演、第一／第三人称动作类、模拟类等。无论是2D游戏还是3D游戏，无论是角色扮演游戏、即时策略游戏、冒险解谜游戏或是动作射击游戏，哪怕是一个只有l兆的小游戏，都有一段对游戏起控制作用的代码【l】，这段代码

5、就是游戏引擎。简单地说，引擎就是”用于控制所有游戏功能的主程序，从计算碰撞、物理系统和物体的相对位置，到接受玩家的输入，以及按照正确的音量输出声音等。在计算机游戏中，游戏引擎是游戏的核心。我们可以把游戏的引擎比作赛车的引擎，引擎是赛车的心脏，决定着赛车的性能和稳定性，赛车的速度、操纵杆这些直接与车手相关的指标都建立在引擎的基础上。游戏也是如此玩家所体验到的剧情、关卡、美工、音乐、操作等内容都是由游戏的引擎直接控制的，它扮演着中场发动机的角色，把游戏中的所有元素捆绑在一起，在后台指挥它们同时、有序地工作。经过不断的

6、进化，如今的游戏引擎己经发展为一套由多个子系统共同构成的复杂系统，从建模、动画到光影、粒子特效，从物理系统、碰撞检测到文件管理、网络特性，还有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【21。游戏引擎引领着今天的3D计算机游戏，也将是图形研究和工程技术融合的一个有趣的领域。【3】1．1．2游戏引擎的研究意义当前，三维游戏引擎已在计算机辅助设计与制造(CAD／CAM)、动画影视制作、游戏娱乐、军事、航空航天、地质勘探、实时模拟等方面有着十分广泛的应用。特别是游戏娱乐方面己经成为当今三维图形发展的重要应

7、用领域。2003年，国家863计划将三维游戏引擎的研发纳入了高技术发展计划，这使得多年来倍受各界非议的游戏产业获得了解放，金山公司是承担此项目的单位，他们己经在三维游戏方面获得了较大的进步。每年，游戏产业带动服务、互联网、餐饮等行业获得巨大的利润，对国民jjd斗地主http://www.toxim.net/jjd斗地主http://www.toxim.net/北方工业大学硕士学位论文经济的发展起到了积极的作用。目前，在游戏研发、运营、管理等诸方面，与日韩、欧美等国相比，我国还存在较大差距。我国的三维游戏没有自己的

8、品牌引擎，所开发的游戏大多是引进的韩国、日本的游戏引擎，而国外游戏引擎的核心代码是不公开的，因此研究三维引擎中的关键技术是一次有意义的尝试，现在一些高校和研究所加入了研究三维引擎的行列，这无疑将对我国三维引擎方面的进步起到积极的作用【4】。国内游戏软件尴尬的现状及国外游戏软件成果的事实无不表明，没有3D游戏通用引擎，就无法从根本上赶超国际水平，就无法抵抗大量国外游戏地冲击