鏈接：http://www.shnenglu.com/rise-worlds/archive/2009/04/22/80691.aspx
引言：
GameByro是一款成熟的商業(yè)引擎，已經(jīng)被許多成功的商業(yè)項目所使用，不僅包括文明4、上古卷軸4，輻射3等跨平臺知名單機(jī)游戲，還有EA的大型3DMMORPG戰(zhàn)錘online。GameByro完全基于面對對象設(shè)計，結(jié)構(gòu)清晰，便于使用和擴(kuò)展。靈活的可編程渲染架構(gòu)使它比較容易支持最新的圖形技術(shù)。另一方面，由于強(qiáng)調(diào)通用性，GameByro并沒有對上層應(yīng)用做太多的支持，其工具和插件大多僅具有一些通用功能，所以它更像是一個游戲開發(fā)套件而不是一個完整的FrameWork。
引擎特性概覽：
· 跨平臺（PC,XBOX360,PS3）
· 場景圖表現(xiàn)為層次化的結(jié)構(gòu)
· 同目前主要的建模工具集成（插件支持）
· 高效的可視性裁剪
· 在所有的平臺上支持高級3D硬件加速
· 高級紋理和著色效果
· 動態(tài)碰撞檢測
· 細(xì)節(jié)分級表現(xiàn)（LOD）
· 靈活的渲染，排序和裁剪算法
對象系統(tǒng)：
GameByro的對象系統(tǒng)的使用遍及整個引擎，其主要實現(xiàn)如對象管理，引用計數(shù)，對象生存期等功能。可以通過對幾個基類的繼承來使用對象系。
其主要特性主要有：
1. 智能指針（引用計數(shù)）
2. 運行時類識別（RTTI）
3. 場景對象復(fù)制
4. 序列化（對象文檔化）
5. 對象命名
6. 對象擴(kuò)展數(shù)據(jù)的管理
7. 定時器（主要用于動畫）
8. 多線程操作
驅(qū)動層：
GameByro對圖形接口進(jìn)行了封裝，將圖形API從引擎的渲染系統(tǒng)中剝離出來，在PC系統(tǒng)上，GameByro同時支持DX9和DX10兩種接口。
DX9渲染器特性：
l GameByro不允許多個DX9Renderer對象同時存在，且不能與DX10Renderer共存。但在同一幀內(nèi)，GameByro的DX9Renderer可以同時渲染多個窗口。
l GameByro的DX9渲染器支持對資源的多線程訪問，同時也支持對資源的預(yù)載，但是多線程的操作仍然受到嚴(yán)格的限制。
l DX9Renderer 的固定管線蒙皮操作最少支持4塊骨骼（矩陣），同時基于shader的蒙皮操作支持30塊骨骼。
l DX9Renderer通過對后臺緩沖的多重采樣支持全屏抗鋸齒，范圍在2倍到4倍之間。
l 大多數(shù)硬件在DX9下對幾何體的一個單一的piece所能接受的光照數(shù)量都有一定的限制（指渲染的一個批），如果超過這個限制，GameByro會根據(jù)距離或者是影響因子放棄一些光照。正因如此，在應(yīng)用程序中，當(dāng)8個以上的逐頂點光照作用于同一對象時，就會有一些被拋棄。
l DX9Renderer提供了視口的左右反向功能，用于實現(xiàn)后視鏡、立方體貼圖表面繪制等功能。
l DX9Renderer支持頂點霧，可以通過相關(guān)接口設(shè)置霧的最大值。
l DX9Renderer完全支持DX的紋理格式。應(yīng)用程序可以將自己的Direct3D textures提供給GameByro，引擎會自動將其封裝到自己的材質(zhì)對象中并允許添加屬性和特效。通過提供自己的DX的紋理格式，GameByro能夠正確的使用自并非天然支持的紋理格式。
l 紋理相關(guān)特性和限制：DX9Renderer需要顯卡支持在同一pass中至少使用兩個紋理，否則渲染器則不會創(chuàng)建成功。此外受限于硬件的功能還有：
1. Cube Mapping（立方體紋理）
2. Specular Bump Mapping（凹凸鏡面貼圖）
3. Diffuse Bump Mapping（凹凸反射貼圖）
4. Non-Power-of-Two Texture Size（編長非二整數(shù)冪的紋理）：使用這種紋理有如下限制：紋理尋址模式必須設(shè)置為clamp，Mipmapping不能使用。
5. Texture Downsizing（紋理精度縮減）
6. Texture Compression（壓縮紋理），DX9Renderer支持載入經(jīng)過壓縮的紋理格式，并提供了紋理即時壓縮的功能。如果硬件支持壓縮紋理，DX9Renderer可以將經(jīng)過壓縮的紋理數(shù)據(jù)直接交給硬件處理，否則DX9Renderer會自動將數(shù)據(jù)解壓后再交給硬件。
7. Texture Apply Modes Supported：DX9Renderer不支持APPLY_DECAL紋理應(yīng)用模式。
8. Texture Format Requests（紋理格式要求）：精確的紋理像素映射依賴于目標(biāo)硬件和顯示器像素位寬。
9. Palettized Texture Formats（調(diào)色板紋理格式的支持）。
10. Sphere Mapping（球面映射）：GameByro中所有的渲染器都支持世界空間中的球面映射。
11. DX9Renderer支持加載包括DDS、TGA、BMP格式的文件。Cube textures和volume textures都能被正確的加載，但是只能通過三維坐標(biāo)尋址。
12. GameByro的編輯器支持導(dǎo)出DX原格式的紋理，并在加載的時候不進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。將DX格式的紋理直接交給DX處理。
引擎渲染系統(tǒng)分析
GameByro的渲染是由幀渲染系統(tǒng)(Frame Rendering System) 控制的，幀渲染系統(tǒng)封裝了每一個批次的繪制過程，這樣可以方便的控制整個渲染流程。
陰影系統(tǒng)：
GameByro的陰影系統(tǒng)是使用幀渲染系統(tǒng)的典范，通過對已有的類以繼承的方式進(jìn)行功能擴(kuò)展，實現(xiàn)了靈活的陰影渲染功能。GameByro自身支持三種光源的陰影圖生成，分別為點光源（全方向光）、平行光、聚光燈。
陰影系統(tǒng)統(tǒng)一由一個管理器負(fù)責(zé)控制。陰影的算法被封裝成了一個個類對象中。系統(tǒng)中同時存在著幾種陰影技術(shù)，即可以選擇使用，也可以同時使用幾種陰影技術(shù)作用于同一幾何體。陰影系統(tǒng)會自動裁剪掉那些沒有陰影接受體的光源，同時在計算每個光源所產(chǎn)生的陰影時，會裁剪掉那些不受此光源影響的幾何體，達(dá)到性能優(yōu)化的目的。用戶很容易對陰影系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，實現(xiàn)自己的陰影算法。
GameByro的陰影主要是基于shadowMap技術(shù)，點光源使用了立方體陰影圖，軟陰影則使用了方差陰影圖技術(shù)（VSM）。
GameByro的陰影系統(tǒng)集成到了場景編輯器中，可以在編輯器中直接為光源指定陰影效果，所見即所得，提高了開發(fā)效率。
（如圖所示，在編輯器中同時使用點光源陰影和方向光產(chǎn)生的軟陰影）
地形系統(tǒng)：
GameByro的terrain是簡單易用的，并且方便為其擴(kuò)展，用以滿足項目的其他功能需求。
地形系統(tǒng)由以下幾部分組成：
1. NiTerrainComponent：是整個地形系統(tǒng)的入口，通過Terrain Interactor可以像訪問容器一樣訪問NiTerrainComponent所有的sub-component。
2. Terrain Interactor 地形迭代器，通過Terrain Interactor可以啟動所有的數(shù)據(jù)查詢，比如簡單的碰撞檢測，meta-data查詢，高度圖導(dǎo)入和文件加載。幾乎所有基于terrain系統(tǒng)的操作都是通過Terrain Interactor完成的。
3. NiTerrainSectorComponent 的內(nèi)部主要包含一個負(fù)責(zé)組織地形數(shù)據(jù)塊的四叉樹。此對象負(fù)責(zé)從磁盤加載執(zhí)行物體與地形的射線相交查詢，轉(zhuǎn)換地形幾何體，管理內(nèi)部資源（包括共享的頂點流和shader）。同時NiTerrainSectorComponent還負(fù)責(zé)進(jìn)行四叉樹的遮擋查詢和生成可見集。
4. Data Leaves and Blocks 四叉樹的切分等級是通過NiTerrainComponent設(shè)置的，四叉樹的每個節(jié)點都包含一個地形塊，塊的邊長必須是2的整數(shù)冪。四叉樹的根節(jié)點等級為N，葉節(jié)點為0，由高到底細(xì)節(jié)依次增加，等級為0的葉節(jié)點所包含的地形塊擁有最高的細(xì)節(jié)。
5. Material Layers：地形系統(tǒng)通過掩碼圖來為地形指定材質(zhì)。掩碼的數(shù)據(jù)指定了地表的每個部分所對應(yīng)的材質(zhì)。同一地表最多支持四種材質(zhì)，根據(jù)各自的權(quán)重進(jìn)行混合，權(quán)重數(shù)據(jù)也是通過掩碼來獲得。
材質(zhì)在地形的渲染系統(tǒng)中扮演著很特殊的角色，可以通過對材質(zhì)指定meta-data來附載其他的信息（比如在雪地行走的聲音），同時也可以通過對材質(zhì)的紋理貼圖為地表增加頂點或像素著色程序。此外每種材質(zhì)可以包含如下指定類型的紋理貼圖：
l Diffuse/Base Map 反射貼圖，通過3或4個通道決定反射光的顏色。
l Detail Map 細(xì)節(jié)貼圖，為反射貼圖提供Alpha值。
l Normal Map 法線貼圖。
l Parallax Map 視差貼圖，用來保存表面像素的高度偏移信息。
此外GameByro還提供了簡單的地形射線追蹤和水面渲染。地形射線追蹤目前的實現(xiàn)很簡單，就是用一個射線查詢地表的三角形，以后會與Physics進(jìn)行集成，支持通過物理引擎l實現(xiàn)物體與地表的碰撞檢測。水面渲染主要是用兩張紋理動畫混合而成，通過凹凸貼圖來表現(xiàn)水波。引擎為水面所在的地表生成一個灰度圖，保存地表距離水面的高度。這里預(yù)先定義了兩種顏色，深水顏色和淺水顏色，如果水面以下沒有地表就直接使用深水顏色。再像素著色器中可以對高度圖進(jìn)行采樣，從而得出當(dāng)前像素的水深，然后根據(jù)這個深度在深色和淺色之間進(jìn)行差值，得到最終水的顏色。不過這個效果并不是很理想，如需更好的效果，還需要對其進(jìn)行擴(kuò)展，比如說，增加反射和折射等。
材質(zhì)：
GameByro的材質(zhì)主要是通過3DMAX的插件進(jìn)行編輯的，并提供了標(biāo)準(zhǔn)的材質(zhì)節(jié)點。
（在GameByro中，材質(zhì)節(jié)點的主要作用是負(fù)責(zé)根據(jù)著色過程生成相應(yīng)的shader代碼）這個節(jié)點一共有9個通道，并提供了大量可供調(diào)整的參數(shù)，這樣就可以讓美術(shù)方便的使用逐像素光照、視差貼圖、環(huán)境體貼圖這些效果，在游戲中，GameByro通過不同的材質(zhì)屬性和不同的光照環(huán)境編譯出不同的shader代碼，以二進(jìn)制的形式保存在磁盤上，下次啟動時載入內(nèi)存，這樣就不用重復(fù)編譯，但在第一次進(jìn)入游戲中時會有些延遲。靈活強(qiáng)大的材質(zhì)是次世代引擎的重要特征，GameByro在這方面做到了靈活，但是美術(shù)仍然不能通過可視化工具控制材質(zhì)的處理過程，只能編輯資源和修改參數(shù)，編輯性還不夠強(qiáng)大。
Shader：
GameByro提供了一個極具擴(kuò)展性的shader系統(tǒng)，并將它與藝術(shù)創(chuàng)作工具緊密結(jié)合。GameByro定義了自己的shader格式，基于文本的.NSF文件和基于二進(jìn)制的.NSB文件，.NSF文件編譯后生成.NSB文件，這個過程即可以在開發(fā)時完成，也可以在運行時進(jìn)行。 .NSF文件使用的是GameByro自定義的語法，并使用自己的語法分析器將其編譯成相關(guān)平臺的代碼。實際上，GameByro的shader系統(tǒng)在應(yīng)用程序和GPU程序之間做了一層封裝，屏蔽了不同平臺之間的差異，使得應(yīng)用程序可以用相同的接口來與GPU之間進(jìn)行交互，而GPU程序最終還是通過cg或hlsl來實現(xiàn)的，這樣做的好處是，當(dāng)平臺發(fā)生改變時，只需要根據(jù)具體的平臺來編寫相應(yīng)的shader程序，而不需要去修改應(yīng)用程序。當(dāng)然，shader系統(tǒng)也直接支持cg和hlsl格式的文件，使用方法同NSF、NSB文件相似。GameByro的Shader系統(tǒng)提供了一套完整的查錯機(jī)制，方便使用者對程序進(jìn)行debug。
GameByro的shader系統(tǒng)集成到了所有的配套開發(fā)工具中，這樣就實現(xiàn)了所見即所得，美術(shù)在工具中就可以直接看到資源在游戲中的效果，從而提高了開發(fā)效率。
GameByro通過引入自己的shader文件格式為跨平臺提供了方便，同時也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，使用起來稍微有點繁瑣，開發(fā)人員又不得不去熟悉它的語法，如果開發(fā)中不考慮跨平臺的話，想要自己開發(fā)特效，也可以不使用NSF文件，直接使用fx格式的文件。
引擎自帶的特殊材質(zhì)：
AdditiveLightMapsMaterial（附加光照圖材質(zhì),使用額外的光照圖紋理來混合當(dāng)前場景光照計算的結(jié)果。下面的插圖是使用投射光照圖紋理的渲染效果。）
AlphaTextureBlender（紋理Alpha混合）
Aniso（各向異性光照，左下的飛機(jī)）、Halo（光暈效果。上面的飛機(jī)）
ASMSkinningLighting（參與光照計算的骨骼動畫蒙皮）
ASMSkinningNoLighting（不參與光照計算的骨骼動畫蒙皮，效率經(jīng)過了優(yōu)化）
BaseBumpWithSpatialGlow（帶有輝光效果的凹凸貼圖）
Chrome（金屬外表，使用基本紋理、漫反射cube map、鏡面反射cube map、法線貼圖等效果實現(xiàn)類似于金屬表面的光澤和質(zhì)感，并支持基于此效果的蒙皮操作）
Colorize（使用一個自定義的屬性來動態(tài)的設(shè)置或者修改顏色）
FXSkinning and HLSLSkinning（使用可編程渲染管線進(jìn)行骨骼動畫的蒙皮）
GeneralGlow（普通輝光效果）
GeneralDiffuseSpecularGlow(普通鏡面反射高光輝光)
GeneralDiffuseSpecular（普通鏡面反射高光，支持蒙皮操作）
Dot3BumpMap（凹凸貼圖，右圖為蒙皮效果）
Glass (玻璃效果)
OilyFilm（油狀薄膜）
LuminanceTransfer（類似于熱源偵測儀的效果）
Outlining（藍(lán)圖或草圖）
ParallaxMapping（視差貼圖，下面右圖是使用了ParallaxMapping的效果）
PerPixelLighting（逐像素光照，同時支持固定管線和可編程渲染管線）
SkinnedToonShadingWithOutline（卡通渲染，支持骨骼蒙皮、描邊）
紋理：
GameByro的紋理系統(tǒng)支持多重紋理、投射紋理、動態(tài)紋理、特效紋理，并且使用紋理的一些高級特性是平臺無關(guān)的。當(dāng)然GameByro中紋理的功能仍然受限于硬件特征。主要特性和限制見渲染器。
工具及插件：
GameByro提供了場景編輯器，資源瀏覽器，資源的物理模型瀏覽器、動畫編輯工具，字體創(chuàng)建工具，以及3DMAX、MAYA插件，材質(zhì)編輯是在插件中進(jìn)行的，這套工具包含了完整的3D資源開發(fā)流程。
物理系統(tǒng)
GameByro通過PhysX提供物理仿真模擬，只需幾行簡單的代碼就可以將GameByro的場景和PhysX建立起聯(lián)系，不過需要在顯式的調(diào)用相關(guān)接口來進(jìn)行物理仿真對象和場景對象間的同步，即將物理仿真的結(jié)果作用于場景中的對象。同時，還可以通過參數(shù)來決定是否需要等待物理仿真運算的結(jié)果。這就保證了一定的靈活性，例如，用戶可以不對靜態(tài)物體進(jìn)行同步，達(dá)到優(yōu)化的目的。還可以通過把更新的接口放在下一次循環(huán)開始的時候調(diào)用，這樣可以減少由于等待物體仿真模擬造成線程的阻塞，充分的利用了CPU資源。
粒子系統(tǒng)：
GameByro的粒子系統(tǒng)為3ds max 和 Maya等粒子生成工具提供了完整的插件系統(tǒng)，并完全支持軟粒子，即粒子會受到力的影響。
流處理引擎：
GameByro實現(xiàn)了一個完全跨平臺的流處理引擎。使用者可以方便的利用它完成多線程任務(wù)，如資源的加載等，完全發(fā)揮多處理器平臺的威力，而不用關(guān)注底層細(xì)節(jié)。
效率分析：
為了對GameByro進(jìn)行全面的評估，筆者試著對GameByro的渲染效率進(jìn)行了簡單的測試，本人的機(jī)器配置如下：
l CPU：E2180
l GPU：2400PRO
l 內(nèi)存：2GB
基本可以代表當(dāng)前中低端玩家的配置。
場景一：
下圖為一個大的室外地形場景，包括建筑物、水面，地表使用了法線貼圖，除了植被以外，基本包含MMORPG的大部分室外場景要素。最后測試的結(jié)果平均幀數(shù)為21幀。幀數(shù)偏低的原因是整個場景使用了逐像素光照，同時沒有采用LOD進(jìn)行優(yōu)化。
場景二：
如圖所示場景中有100個角色在做不同的動畫，每個角色有51個骨骼，整個場景共有287900個多邊形和556600個頂點，并且場景中有一個點光源和平行光源，在沒有陰影的情況下幀數(shù)大約在27~28幀左右。這些骨骼動畫使用了GameByro提供的骨骼動畫優(yōu)化方法，性能有一定提升。
由以上結(jié)果可以看出，GameByro的骨骼動畫渲染效率尚可，而室外地形渲染系統(tǒng)的性能稍顯不足，再沒有角色和植被的情況下，僅能達(dá)到22幀左右，如果在實際的游戲環(huán)境還要算上其他游戲系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)、邏輯、UI等）的性能消耗，這是不足以讓玩家流暢進(jìn)行游戲的，還需進(jìn)一步手動的優(yōu)化。
總結(jié)：
GameByro擁有一套靈活的架構(gòu)，便于使用和擴(kuò)展，易于上手；配套的開發(fā)工具比較齊全，擁有完整的美術(shù)開發(fā)流程；完全支持跨平臺，便于游戲的移植；同時由于為了保證靈活性，在設(shè)計上面比較偏重于功能和擴(kuò)展，而不是性能。
高度的可定制性帶來的是較低的整合，GameByro沒有提供游戲框架，地圖編輯器也僅僅實現(xiàn)了最通用的功能，即地表和物件的擺放。這就說明，如果要使用GameByro開發(fā)產(chǎn)品，就需要自己整合GameByro，并對其進(jìn)行一定的修改和擴(kuò)展。這也是它與UnrealEngine3區(qū)別最大的地方。
作者：葉起漣漪