飛揚(yáng)天下

引言：

GameBryo擁有一套復(fù)雜的材質(zhì)系統(tǒng)，這套材質(zhì)系統(tǒng)可以根據(jù)渲染對(duì)象的狀態(tài)和屬性生成不同的shader代碼，提高了渲染流程的適應(yīng)性，可以使你定義一套材質(zhì)能適應(yīng)多種渲染對(duì)象。同時(shí)，GameByro將shader的初始化和使用插件化，方便與美術(shù)工具集成，并且實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)無(wú)關(guān)性。為了實(shí)現(xiàn)這些目的，GameByro使用了一套復(fù)雜的機(jī)制，本文主要解析GameByro如何生成、編譯并使用shader代碼。

Shader

GameBryo的shader的接口封裝在NiShader中，頂點(diǎn)數(shù)據(jù)流聲明，常量表的訪問(wèn)，渲染狀態(tài)的設(shè)置都是通過(guò)這個(gè)類（有點(diǎn)類似于D3Deffect）。在程序運(yùn)行NiShader是由NiShaderFactory負(fù)責(zé)管理的，NiShaderFactory通過(guò)NiShaderLibrary從文件中創(chuàng)建shader，用全局性的map管理起來(lái)。NiShaderLibrary通過(guò)解析shader文本創(chuàng)建NiShader對(duì)象，并調(diào)用3D圖形接口編譯shader代碼，將這個(gè)類以dll的形式封裝，就可以作為插件來(lái)使用。NiShader類的創(chuàng)建可以通過(guò)解析文件來(lái)進(jìn)行，也可以通過(guò)C++的類來(lái)定制，只需從NiShader上繼承即可。GameByro為PC平臺(tái)提供了一個(gè)NiD3DXEffectShaderLib庫(kù)，這個(gè)庫(kù)提供了解析shader文件和初始化shader對(duì)象的功能。用戶只需按GameByro定義的格式編寫(xiě)shader代碼的語(yǔ)意和注釋，NiD3DXEffectShaderLibrary就會(huì)根據(jù)文本來(lái)創(chuàng)建NiD3Dshader對(duì)象，在應(yīng)用程序中就可以通過(guò)Techinqe的名稱來(lái)訪問(wèn)這個(gè)對(duì)象。通過(guò)這種機(jī)制，我們將shader文本文件放在相關(guān)美術(shù)工具指定的目錄下，在工具中就可以使用這些shader，并且能夠通過(guò)shader的語(yǔ)意和注釋為相關(guān)參數(shù)和變量生成UI，方便美術(shù)調(diào)試。

WIN平臺(tái)上的整個(gè)流程如下：

1. 應(yīng)用程序在啟動(dòng)時(shí)會(huì)先初始化整個(gè)shader系統(tǒng)，接下來(lái)導(dǎo)入Shader解析庫(kù)和加載庫(kù)（dll的形式）。

2. 接下來(lái)應(yīng)用程序?qū)iD3DShader的初始化工作委托給NiShaderLibrary來(lái)處理，NiShaderLibrary首先通過(guò)NiD3DXEffectLoader載入所有的shader文本文件，并通過(guò)NiD3DXEffectParser解析文本生成NiD3DXEffectFile對(duì)象，同時(shí)NiD3DXEffectLoader還負(fù)責(zé)將shader代碼編譯成二進(jìn)制形式的GPU程序。

3. 最后由NiD3DXEffectTechnique負(fù)責(zé)通過(guò)NiD3DXEffectFile上的信息生成NiD3Dshader對(duì)象。

4. 所有的shader對(duì)象創(chuàng)建后，NiShaderLibrary的初始化就結(jié)束了，最后由NiShaderFactory負(fù)責(zé)統(tǒng)一管理。

材質(zhì)：

NiMaterial為渲染對(duì)象生成和定義Shader,NiMaterialInstance為渲染對(duì)象分配 和Cach Shader。NiFragmentMaterial提供了一個(gè)Shader Tree框架，在它的繼承類中可以使用這個(gè)框架搭建shader tree。這個(gè)機(jī)制允許NiFragmentMaterial根據(jù)對(duì)象不同的渲染狀態(tài)生成不同的shader代碼，Cach在內(nèi)存中，并保存到磁盤(pán)文件。GameByro描述符的概念大量使用，包括前面提到的Shader解析過(guò)程也是通過(guò)描述符來(lái)傳遞信息。在材質(zhì)系統(tǒng)中主要使用了NiMaterialDescriptor和NiGPUProgramDescriptor這個(gè)兩個(gè)類做描述符，這兩個(gè)類中保存的信息是兼容的，都是為了描述某種材質(zhì)在渲染對(duì)象的某一特定渲染狀態(tài)下所對(duì)應(yīng)的GPU程序的特征。NiFragmentMaterial通過(guò)渲染目標(biāo)的狀態(tài)和屬性生成NiMaterialDescriptor，并通過(guò)NiMaterialDescriptor查找匹配的shader，如果找不到，則通過(guò)shader tree生成相應(yīng)的shader程序，并保存到磁盤(pán)文件中。當(dāng)下一次應(yīng)用程序啟動(dòng)時(shí)就可以通過(guò)這個(gè)文件直接創(chuàng)建NiShader對(duì)象。可以說(shuō)通過(guò)NiFragmentMaterial生成的shader代碼是為特定的渲染對(duì)象在特定的情況下量身打造的。

整個(gè)過(guò)程的詳細(xì)流程如下：

1. 在每次渲染一個(gè)物體之前，NiMaterialInstance會(huì)先判斷這個(gè)物體的shader程序是否需要更新，如果不需要更新，就直接返回當(dāng)前Cach的NiShader；如果需要更新， NiMaterialInstance首先會(huì)根據(jù)物體的渲染狀態(tài)為其生成一個(gè)NiMaterialDescriptor，然后將這個(gè)NiMaterialDescriptor和當(dāng)前Cach住的NiShader進(jìn)行比較，如果匹配仍然返回當(dāng)前Cach的NiShader，如果不匹配，將獲得shader的工作轉(zhuǎn)交給NiMaterial進(jìn)行。

2. NiMaterial首先通過(guò)這個(gè)NiShaderFactory 查詢匹配這個(gè)NiMaterialDescriptor的NiShader，如果找不到，就通過(guò)NiMaterialDescriptor生成NiShader，同時(shí)生成一段Shader代碼，并保存到以shader描述符中的特征碼來(lái)命名對(duì)應(yīng)的shader文件。

3. 當(dāng)獲得相應(yīng)的NiShader對(duì)象后，NiMaterialInstance會(huì)調(diào)用NiShader的SetupGeometry接口，在這個(gè)接口中會(huì)進(jìn)行頂點(diǎn)聲明。

以下是NiMaterialInstance為Geometry選擇shader的代碼：

NiShader* NiMaterialInstance::GetCurrentShader(NiRenderObject* pkGeometry,

const NiPropertyState* pkState,

const NiDynamicEffectState* pkEffects)

{

if (m_spMaterial)

{

bool bGetNewShader = m_eNeedsUpdate == DIRTY;

if (m_eNeedsUpdate == UNKNOWN)

bGetNewShader = pkGeometry->GetMaterialNeedsUpdateDefault();

// Check if shader is still current

if (bGetNewShader && m_spCachedShader)

{

bGetNewShader = !m_spMaterial->IsShaderCurrent(m_spCachedShader,

pkGeometry, pkState, pkEffects, m_uiMaterialExtraData);

}

// Get a new shader

if (bGetNewShader)

{

NiShader* pkNewShader = m_spMaterial->GetCurrentShader(

pkGeometry, pkState, pkEffects, m_uiMaterialExtraData);

if (pkNewShader)

{

NIASSERT(m_spCachedShader != pkNewShader);

ClearCachedShader();

m_spCachedShader = pkNewShader;

if (!pkNewShader->SetupGeometry(pkGeometry, this))

ClearCachedShader();

}

else

{

ClearCachedShader();

}

}

m_eNeedsUpdate = UNKNOWN;

}

return m_spCachedShader;

}

如果想通過(guò)NiFragmentMaterial實(shí)現(xiàn)自己的shader tree就需要在NiFragmentMaterial提供的接口中實(shí)現(xiàn)自己拼裝代碼的邏輯，代碼塊由NiMaterialLibraryNode封裝，NiMaterialLibraryNode既可以直接寫(xiě)C++代碼來(lái)定義，也可以先寫(xiě)成XML腳本，再由專門(mén)的解析工具轉(zhuǎn)換成C++代碼。

由NiStandardMaterial生成的shader代碼文件如下圖所示：

文件名就是NiMaterialDescriptor的掩碼，用來(lái)標(biāo)識(shí)的shader代碼的行為。

Shader代碼的行為描述如下：

Shader description:

APPLYMODE = 1

WORLDPOSITION = 0

WORLDNORMAL = 0

WORLDNBT = 0

WORLDVIEW = 0

NORMALMAPTYPE = 0

PARALLAXMAPCOUNT = 0

BASEMAPCOUNT = 1

NORMALMAPCOUNT = 0

DARKMAPCOUNT = 0

DETAILMAPCOUNT = 0

BUMPMAPCOUNT = 0

GLOSSMAPCOUNT = 0

GLOWMAPCOUNT = 0

CUSTOMMAP00COUNT = 0

CUSTOMMAP01COUNT = 0

CUSTOMMAP02COUNT = 0

CUSTOMMAP03COUNT = 0

CUSTOMMAP04COUNT = 0

DECALMAPCOUNT = 0

FOGENABLED = 0

ENVMAPTYPE = 0

PROJLIGHTMAPCOUNT = 0

PROJLIGHTMAPTYPES = 0

PROJLIGHTMAPCLIPPED = 0

PROJSHADOWMAPCOUNT = 0

PROJSHADOWMAPTYPES = 0

PROJSHADOWMAPCLIPPED = 0

PERVERTEXLIGHTING = 1

UVSETFORMAP00 = 0

UVSETFORMAP01 = 0

UVSETFORMAP02 = 0

UVSETFORMAP03 = 0

UVSETFORMAP04 = 0

UVSETFORMAP05 = 0

UVSETFORMAP06 = 0

UVSETFORMAP07 = 0

UVSETFORMAP08 = 0

UVSETFORMAP09 = 0

UVSETFORMAP10 = 0

UVSETFORMAP11 = 0

POINTLIGHTCOUNT = 0

SPOTLIGHTCOUNT = 0

DIRLIGHTCOUNT = 0

SHADOWMAPFORLIGHT = 0

SPECULAR = 1

AMBDIFFEMISSIVE = 0

LIGHTINGMODE = 1

APPLYAMBIENT = 0

BASEMAPALPHAONLY = 0

APPLYEMISSIVE = 0

SHADOWTECHNIQUE = 0

ALPHATEST = 0

NiStanderMaterial就是根據(jù)這些掩碼的數(shù)據(jù)來(lái)生成shader代碼，用戶可以通過(guò)重載GenerateVertexShadeTree、GeneratePixelShadeTree、CreateShader這些接口來(lái)定義自己的shader生成規(guī)則。

增加自己的渲染效果：

通過(guò)前幾節(jié)我們可以了解到，想定義自己的材質(zhì)，一是通過(guò)編寫(xiě)shader代碼完成。在應(yīng)用程序初始化的時(shí)候，這些shader代碼會(huì)被初始化成NiShader對(duì)象，進(jìn)一步的通過(guò)NiShader對(duì)象來(lái)初始化NiSingleShaderMaterial對(duì)象，并分配給渲染對(duì)象。在GameByro默認(rèn)的渲染流程中，這些步驟都是自動(dòng)進(jìn)行的，美術(shù)只需在3DMAX插件中為幾何體的材質(zhì)指定Shader程序，導(dǎo)出到nif文件，應(yīng)用程序就能正確加載并渲染；二是定義自己的NiMaterialFragment類，在類中定義如何生成shader，在應(yīng)用程序運(yùn)行時(shí)只要將這個(gè)類的實(shí)例指派給幾何體，這個(gè)類就會(huì)自動(dòng)為幾何體生成shader。這兩種方式對(duì)于美術(shù)人員來(lái)說(shuō)，主要區(qū)別在于，采用第一種方法定義的材質(zhì)，其渲染數(shù)據(jù)的設(shè)置必須嚴(yán)格符合shader代碼中所需的數(shù)據(jù)，否則就會(huì)報(bào)錯(cuò)。（比如說(shuō)，頂點(diǎn)數(shù)據(jù)流必須嚴(yán)格符合shader程序的定義，必須為shader中每個(gè)采樣器提供格式正確的紋理）；而采用第二種方法定義的材質(zhì)，就有很高的容錯(cuò)和適應(yīng)性，但是這種容錯(cuò)性和適應(yīng)性需要自己寫(xiě)代碼來(lái)完成，GameByro提供的NiStanderMaterial就提供了這套完整的機(jī)制。每個(gè)貼圖槽內(nèi)的貼圖如果你設(shè)置就會(huì)生成相應(yīng)的貼圖處理流程，如果不設(shè)置，就沒(méi)有這張貼圖的處理流程。

為了驗(yàn)證這個(gè)過(guò)程，筆者嘗試增加了一個(gè)自己的shader特效——SubSurfaceScattering，簡(jiǎn)稱3s，其原理是模擬光在半透明物體中散射的效果。由于該效果無(wú)須預(yù)處理過(guò)程，所有的貼圖均來(lái)自磁盤(pán)文件，所以比較容易融合到GameByro工作流中。

筆者將在FX COMPOSER中調(diào)試通過(guò)的fx文件放入SDK中的SDK\Win32\Shaders\Data目錄下，在3DMAX的材質(zhì)面板選擇GameByroShader，然后就可在顯示shader的組合框中看到文件中定義的Techinqe，選擇點(diǎn)擊apply按鈕，就會(huì)出現(xiàn)自定義的參數(shù)調(diào)整界面。

通過(guò)調(diào)整參數(shù)，最終得到皮膚和玉器的渲染效果如下：

皮膚

玉器

總結(jié)

GameByro的這套開(kāi)發(fā)流程非常方便直觀，但是美術(shù)僅能為shader程序分配靜態(tài)的數(shù)據(jù)源，比如說(shuō)光照?qǐng)D等，CubeMap等；而一些在程序中實(shí)時(shí)生成的紋理數(shù)據(jù)則無(wú)法整合到美術(shù)工具中，比如說(shuō)陰影圖、折射圖、反射圖等，這些都需要程序?qū)懘a來(lái)實(shí)現(xiàn)。調(diào)試起來(lái)就不大方便了。大部分情況下，我們只需要使用GameByro提供的NiStanderMaterial就可以完成大部分材質(zhì)的需求，特殊的效果可以自己寫(xiě)shader或者通過(guò)引擎提供的shader庫(kù)來(lái)完成，只有當(dāng)我們需要即根據(jù)復(fù)雜的情況做很多不同的處理時(shí)，我們才需要重載NiFragmentMaterial搭建自己的shader tree。不過(guò)搭建shader tree的程序一般比較復(fù)雜，編寫(xiě)難度大，雖然引擎允許通過(guò)XML文件來(lái)編寫(xiě)材質(zhì)節(jié)點(diǎn)，但是使用起來(lái)仍然不方便。GameByro并沒(méi)有提供相關(guān)的后期處理的開(kāi)發(fā)工具，后期處理的特效并不能所見(jiàn)即所得，這方面還需完善。

GameByro為幾何體在特定的環(huán)境下生成專用的shader代碼，具有一定的靈活性，但是也付出了以下代價(jià)：

l 分析幾何體的屬性和當(dāng)前狀態(tài)，為其生成shader代碼的過(guò)程有性能損耗。

l Shader代碼生成后會(huì)保存到磁盤(pán)文件中，這個(gè)過(guò)程如果不使用異步，可能會(huì)引起阻塞。

l 生成的NiShader對(duì)象會(huì)有內(nèi)存消耗。由于GameByro默認(rèn)的實(shí)現(xiàn)是將所有的shader文件初始化成NiShader對(duì)象，所以當(dāng)游戲運(yùn)行的時(shí)間久了以后會(huì)生成大量的shader文件，這時(shí)候內(nèi)存的消耗可能會(huì)很可觀，同時(shí)加載的時(shí)間也會(huì)增加。不過(guò)可以自己控制加載的流程，在這里進(jìn)行性能優(yōu)化。

作者：葉起漣漪

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(xiàng)目所使用，不僅包括文明4、上古卷軸4，輻射3等跨平臺(tái)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(duì)對(duì)象設(shè)計(jì)，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(méi)有對(duì)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(gè)游戲開(kāi)發(fā)套件而不是一個(gè)完整的FrameWork。

引擎特性概覽：

· 跨平臺(tái)（PC,XBOX360,PS3）

· 場(chǎng)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(tái)上支持高級(jí)3D硬件加速

· 高級(jí)紋理和著色效果

· 動(dòng)態(tài)碰撞檢測(cè)

· 細(xì)節(jié)分級(jí)表現(xiàn)（LOD）

· 靈活的渲染，排序和裁剪算法

對(duì)象系統(tǒng)：

GameByro的對(duì)象系統(tǒng)的使用遍及整個(gè)引擎，其主要實(shí)現(xiàn)如對(duì)象管理，引用計(jì)數(shù)，對(duì)象生存期等功能。可以通過(guò)對(duì)幾個(gè)基類的繼承來(lái)使用對(duì)象系。

其主要特性主要有：

1. 智能指針（引用計(jì)數(shù)）

2. 運(yùn)行時(shí)類識(shí)別（RTTI）

3. 場(chǎng)景對(duì)象復(fù)制

4. 序列化（對(duì)象文檔化）

5. 對(duì)象命名

6. 對(duì)象擴(kuò)展數(shù)據(jù)的管理

7. 定時(shí)器（主要用于動(dòng)畫(huà)）

8. 多線程操作

驅(qū)動(dòng)層：

GameByro對(duì)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(lái)，在PC系統(tǒng)上，GameByro同時(shí)支持DX9和DX10兩種接口。

DX9渲染器特性：

l GameByro不允許多個(gè)DX9Renderer對(duì)象同時(shí)存在，且不能與DX10Renderer共存。但在同一幀內(nèi)，GameByro的DX9Renderer可以同時(shí)渲染多個(gè)窗口。

l GameByro的DX9渲染器支持對(duì)資源的多線程訪問(wèn)，同時(shí)也支持對(duì)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(shí)基于shader的蒙皮操作支持30塊骨骼。

l DX9Renderer通過(guò)對(duì)后臺(tái)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(duì)幾何體的一個(gè)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(gè)批），如果超過(guò)這個(gè)限制，GameByro會(huì)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(gè)以上的逐頂點(diǎn)光照作用于同一對(duì)象時(shí)，就會(huì)有一些被拋棄。

l DX9Renderer提供了視口的左右反向功能，用于實(shí)現(xiàn)后視鏡、立方體貼圖表面繪制等功能。

l DX9Renderer支持頂點(diǎn)霧，可以通過(guò)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(huì)自動(dòng)將其封裝到自己的材質(zhì)對(duì)象中并允許添加屬性和特效。通過(guò)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(gè)紋理，否則渲染器則不會(huì)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(zhǎng)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(guò)壓縮的紋理格式，并提供了紋理即時(shí)壓縮的功能。如果硬件支持壓縮紋理，DX9Renderer可以將經(jīng)過(guò)壓縮的紋理數(shù)據(jù)直接交給硬件處理，否則DX9Renderer會(huì)自動(dòng)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(guò)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(shí)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(gè)批次的繪制過(guò)程，這樣可以方便的控制整個(gè)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(guò)對(duì)已有的類以繼承的方式進(jìn)行功能擴(kuò)展，實(shí)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(diǎn)光源（全方向光）、平行光、聚光燈。

陰影系統(tǒng)統(tǒng)一由一個(gè)管理器負(fù)責(zé)控制。陰影的算法被封裝成了一個(gè)個(gè)類對(duì)象中。系統(tǒng)中同時(shí)存在著幾種陰影技術(shù)，即可以選擇使用，也可以同時(shí)使用幾種陰影技術(shù)作用于同一幾何體。陰影系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)裁剪掉那些沒(méi)有陰影接受體的光源，同時(shí)在計(jì)算每個(gè)光源所產(chǎn)生的陰影時(shí)，會(huì)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(duì)陰影系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)自己的陰影算法。

GameByro的陰影主要是基于shadowMap技術(shù)，點(diǎn)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(chǎng)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(jiàn)即所得，提高了開(kāi)發(fā)效率。

（如圖所示，在編輯器中同時(shí)使用點(diǎn)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(jiǎn)單易用的，并且方便為其擴(kuò)展，用以滿足項(xiàng)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(gè)地形系統(tǒng)的入口，通過(guò)Terrain Interactor可以像訪問(wèn)容器一樣訪問(wèn)NiTerrainComponent所有的sub-component。

2. Terrain Interactor 地形迭代器，通過(guò)Terrain Interactor可以啟動(dòng)所有的數(shù)據(jù)查詢，比如簡(jiǎn)單的碰撞檢測(cè)，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(guò)Terrain Interactor完成的。

3. NiTerrainSectorComponent 的內(nèi)部主要包含一個(gè)負(fù)責(zé)組織地形數(shù)據(jù)塊的四叉樹(shù)。此對(duì)象負(fù)責(zé)從磁盤(pán)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(diǎn)流和shader）。同時(shí)NiTerrainSectorComponent還負(fù)責(zé)進(jìn)行四叉樹(shù)的遮擋查詢和生成可見(jiàn)集。

4. Data Leaves and Blocks 四叉樹(shù)的切分等級(jí)是通過(guò)NiTerrainComponent設(shè)置的，四叉樹(shù)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都包含一個(gè)地形塊，塊的邊長(zhǎng)必須是2的整數(shù)冪。四叉樹(shù)的根節(jié)點(diǎn)等級(jí)為N，葉節(jié)點(diǎn)為0，由高到底細(xì)節(jié)依次增加，等級(jí)為0的葉節(jié)點(diǎn)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(guò)掩碼圖來(lái)為地形指定材質(zhì)。掩碼的數(shù)據(jù)指定了地表的每個(gè)部分所對(duì)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?cái)?shù)據(jù)也是通過(guò)掩碼來(lái)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(guò)對(duì)材質(zhì)指定meta-data來(lái)附載其他的信息（比如在雪地行走的聲音），同時(shí)也可以通過(guò)對(duì)材質(zhì)的紋理貼圖為地表增加頂點(diǎn)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(guò)3或4個(gè)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(lái)保存表面像素的高度偏移信息。

此外GameByro還提供了簡(jiǎn)單的地形射線追蹤和水面渲染。地形射線追蹤目前的實(shí)現(xiàn)很簡(jiǎn)單，就是用一個(gè)射線查詢地表的三角形，以后會(huì)與Physics進(jìn)行集成，支持通過(guò)物理引擎l實(shí)現(xiàn)物體與地表的碰撞檢測(cè)。水面渲染主要是用兩張紋理動(dòng)畫(huà)混合而成，通過(guò)凹凸貼圖來(lái)表現(xiàn)水波。引擎為水面所在的地表生成一個(gè)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(méi)有地表就直接使用深水顏色。再像素著色器中可以對(duì)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(gè)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(guò)這個(gè)效果并不是很理想，如需更好的效果，還需要對(duì)其進(jìn)行擴(kuò)展，比如說(shuō)，增加反射和折射等。

材質(zhì)：

GameByro的材質(zhì)主要是通過(guò)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(diǎn)。

（在GameByro中，材質(zhì)節(jié)點(diǎn)的主要作用是負(fù)責(zé)根據(jù)著色過(guò)程生成相應(yīng)的shader代碼）這個(gè)節(jié)點(diǎn)一共有9個(gè)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(guò)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(pán)上，下次啟動(dòng)時(shí)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(shí)會(huì)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(guò)可視化工具控制材質(zhì)的處理過(guò)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(gè)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(gè)過(guò)程即可以在開(kāi)發(fā)時(shí)完成，也可以在運(yùn)行時(shí)進(jìn)行。 .NSF文件使用的是GameByro自定義的語(yǔ)法，并使用自己的語(yǔ)法分析器將其編譯成相關(guān)平臺(tái)的代碼。實(shí)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(tái)之間的差異，使得應(yīng)用程序可以用相同的接口來(lái)與GPU之間進(jìn)行交互，而GPU程序最終還是通過(guò)cg或hlsl來(lái)實(shí)現(xiàn)的，這樣做的好處是，當(dāng)平臺(tái)發(fā)生改變時(shí)，只需要根據(jù)具體的平臺(tái)來(lái)編寫(xiě)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(cuò)機(jī)制，方便使用者對(duì)程序進(jìn)行debug。

GameByro的shader系統(tǒng)集成到了所有的配套開(kāi)發(fā)工具中，這樣就實(shí)現(xiàn)了所見(jiàn)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(kāi)發(fā)效率。

GameByro通過(guò)引入自己的shader文件格式為跨平臺(tái)提供了方便，同時(shí)也增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性，使用起來(lái)稍微有點(diǎn)繁瑣，開(kāi)發(fā)人員又不得不去熟悉它的語(yǔ)法，如果開(kāi)發(fā)中不考慮跨平臺(tái)的話，想要自己開(kāi)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?qǐng)D材質(zhì),使用額外的光照?qǐng)D紋理來(lái)混合當(dāng)前場(chǎng)景光照計(jì)算的結(jié)果。下面的插圖是使用投射光照?qǐng)D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(jì)算的骨骼動(dòng)畫(huà)蒙皮）

ASMSkinningNoLighting（不參與光照計(jì)算的骨骼動(dòng)畫(huà)蒙皮，效率經(jīng)過(guò)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(shí)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(gè)自定義的屬性來(lái)動(dòng)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(dòng)畫(huà)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(cè)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(shí)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(dòng)態(tài)紋理、特效紋理，并且使用紋理的一些高級(jí)特性是平臺(tái)無(wú)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(jiàn)渲染器。

工具及插件：

GameByro提供了場(chǎng)景編輯器，資源瀏覽器，資源的物理模型瀏覽器、動(dòng)畫(huà)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(kāi)發(fā)流程。

物理系統(tǒng)

GameByro通過(guò)PhysX提供物理仿真模擬，只需幾行簡(jiǎn)單的代碼就可以將GameByro的場(chǎng)景和PhysX建立起聯(lián)系，不過(guò)需要在顯式的調(diào)用相關(guān)接口來(lái)進(jìn)行物理仿真對(duì)象和場(chǎng)景對(duì)象間的同步，即將物理仿真的結(jié)果作用于場(chǎng)景中的對(duì)象。同時(shí)，還可以通過(guò)參數(shù)來(lái)決定是否需要等待物理仿真運(yùn)算的結(jié)果。這就保證了一定的靈活性，例如，用戶可以不對(duì)靜態(tài)物體進(jìn)行同步，達(dá)到優(yōu)化的目的。還可以通過(guò)把更新的接口放在下一次循環(huán)開(kāi)始的時(shí)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(huì)受到力的影響。

流處理引擎：

GameByro實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完全跨平臺(tái)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(tái)的威力，而不用關(guān)注底層細(xì)節(jié)。

效率分析：

為了對(duì)GameByro進(jìn)行全面的評(píng)估，筆者試著對(duì)GameByro的渲染效率進(jìn)行了簡(jiǎn)單的測(cè)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(chǎng)景一：

下圖為一個(gè)大的室外地形場(chǎng)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(chǎng)景要素。最后測(cè)試的結(jié)果平均幀數(shù)為21幀。幀數(shù)偏低的原因是整個(gè)場(chǎng)景使用了逐像素光照，同時(shí)沒(méi)有采用LOD進(jìn)行優(yōu)化。

場(chǎng)景二：

如圖所示場(chǎng)景中有100個(gè)角色在做不同的動(dòng)畫(huà)，每個(gè)角色有51個(gè)骨骼，整個(gè)場(chǎng)景共有287900個(gè)多邊形和556600個(gè)頂點(diǎn)，并且場(chǎng)景中有一個(gè)點(diǎn)光源和平行光源，在沒(méi)有陰影的情況下幀數(shù)大約在27~28幀左右。這些骨骼動(dòng)畫(huà)使用了GameByro提供的骨骼動(dòng)畫(huà)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(dòng)畫(huà)渲染效率尚可，而室外地形渲染系統(tǒng)的性能稍顯不足，再?zèng)]有角色和植被的情況下，僅能達(dá)到22幀左右，如果在實(shí)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(dòng)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(kāi)發(fā)工具比較齊全，擁有完整的美術(shù)開(kāi)發(fā)流程；完全支持跨平臺(tái)，便于游戲的移植；同時(shí)由于為了保證靈活性，在設(shè)計(jì)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(lái)的是較低的整合，GameByro沒(méi)有提供游戲框架，地圖編輯器也僅僅實(shí)現(xiàn)了最通用的功能，即地表和物件的擺放。這就說(shuō)明，如果要使用GameByro開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，就需要自己整合GameByro，并對(duì)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