Introduction （簡介）
讓咱們談?wù)勀闳绾巫珜懸环萏峁﹥?yōu)雅性能的3D引擎。你的引擎需要提供的包括：曲面(curved surfaces)、動態(tài)光線(dynamic lighting)、體霧(volumetric fog)、鏡面(mirrors)、入口(portals)、天空體(skyboxes)、節(jié)點陰影(vertex shaders)、粒子系統(tǒng)(particle systems)、靜態(tài)網(wǎng)格模型(static mesh models)、網(wǎng)格模型動畫(animated mesh models)。假如你已經(jīng)知道如何以上所述的所有功能順利工作，你也許便能將那些東東一起置入到一個引擎當(dāng)中。
等等！在你開始撰寫代碼前你必須先構(gòu)思一下如何去架構(gòu)你的引擎。多數(shù)來講，你一定是迫切地渴望去制作一個游戲，但如果你立即投入便開始為你的引擎撰寫代碼后，你一定會覺得非常難受，開發(fā)后期你可能會為置入新的特效與控制而不得不多次重寫大量的局部代碼，甚至以失敗而放棄告終。花一點時間好好地為你引擎深謀遠慮一番，這將會為你節(jié)省大量時間，也少一點頭痛。你一定不會急切地去架構(gòu)一個巨型的工程；或許你也會在引擎未完成時而干脆放棄它，然后去干的別的什么事兒。好了，當(dāng)你掌握學(xué)習(xí)你所需知識的方式之前，也許你還不能完成那些事兒。將設(shè)計真正地完成確實是件美事，為之你會感覺更好，你將為之而耀眼！
讓我們分析一下具備完整功能的3D游戲引擎的需要哪些基本部件。首先，這為具有相應(yīng)3D經(jīng)驗但且還需一些指引的開發(fā)者提供了一些信息。這是一些并不難且能快速掌握但是你必須應(yīng)用的內(nèi)容條目。為將你的工作更好地進行下去，這里將對關(guān)于“把多大的工作量”與“多少部分”置入一個游戲引擎給出一個總概。我把這些成分稱為 系統(tǒng)（System）、控制臺（Console）、支持（Support），渲染/引擎 內(nèi)核（Renderer/Engine Core）、游戲介質(zhì)層（Game Interface）、以及工具/數(shù)據(jù)（Tools/Data）。
Tools/Data （工具/數(shù)據(jù)）
在開發(fā)過程中，你總是需要一些數(shù)據(jù)，但不幸的是這并不象寫文本文件或是定義一個立方體那么簡單。至少，你得需要3d模型編輯器，關(guān)卡編輯器，以及圖形程序。你可以通過購買，也可以在網(wǎng)上找一些免費的程序滿足你的開發(fā)要求。不幸的是你可能還需要一些更多的工具可你卻根本無法獲得（還不存在呢），這時你只得自己動手去寫。最終你很可能要自行設(shè)計編寫一個關(guān)卡編輯器，因為你更本不可能獲得你所需。你可能也會編寫一些代碼來為大量的文件打個包，整天面對應(yīng)付成百上千個文件倒是非常痛苦的。你還必須寫一些轉(zhuǎn)換器或是插件將3d模型編輯器的模型格式轉(zhuǎn)換成你自己的格式。你也需要一些加工游戲數(shù)據(jù)的工具，譬如可見度估算或是光線貼圖。
一個基本的準(zhǔn)則是，你可能要為設(shè)計工具而置入比游戲本身等量甚至更多的代碼。開始你總能找到現(xiàn)成的格式和工具，但是經(jīng)過一段時間以后你就能認(rèn)識到你需要你的引擎有很大的特性，然后你就會放棄以前的撰寫方式。
也許目前非常流行利用的第3方工具輔助開發(fā)，所以你必須時刻注意你的設(shè)計。因為一旦當(dāng)你將你的引擎發(fā)布為opensouce或是允許修改，那也許在某天中會有某些人來應(yīng)用你的開發(fā)成果，他們將其擴展或者做某些修改。
或許你也應(yīng)該花大量時間去設(shè)計美術(shù)，關(guān)卡，音效，音樂和實體模型，這就和你設(shè)計撰寫游戲，工具以及引擎一樣。
System （系統(tǒng)）
系統(tǒng)(system)是引擎與機器本身做通信交互的部件。一個優(yōu)秀的引擎在待平臺移植時，它的系統(tǒng)則是唯一需要做主要更改（擴加代碼）的地方。我們把一個系統(tǒng)分為若干個子系統(tǒng)，其中包括：圖形（Graphics）、輸入（Input）、聲音（Sound）、記時器（Timer）、配置（Configuration）。主系統(tǒng)負責(zé)初始化、更新、以及關(guān)閉所有的子系統(tǒng)。
圖形子系統(tǒng)（Graphics Sub-System）在游戲里表現(xiàn)得非常直觀，如果想在屏幕上畫點什么的話，它（圖形子系統(tǒng)）便干這事兒。大多數(shù)來講，圖形子系統(tǒng)都是利用OpenGL、Direct3D, Glide或是軟件渲染（software rendering）實現(xiàn)。如果能更理想一些，你甚至可以把這些API都給支持了，然后抽象出一個“圖形層”并將它置與實現(xiàn)API之上，這將給了客戶開發(fā)人員或是玩家更多的選擇，以獲取最好的兼容性、最佳的表現(xiàn)效果。
輸入子系統(tǒng)（Input Sub-System）需要把各種不同輸入裝置（鍵盤、鼠標(biāo)、游戲板[Gamepad]，游戲手柄[Joystick]）的輸入觸發(fā)做統(tǒng)一的控制接收處理。（透明處理） 比方說，在游戲中，系統(tǒng)要檢測玩家的位置是否在向前移動，與其直接地分別檢測每一種輸入裝置，不如通過向輸入子系統(tǒng)發(fā)送請求以獲取輸入信息，而輸入子系統(tǒng)才在幕后真正地干活（分別檢測每一種輸入裝置），這一切對于客戶開發(fā)人員都是透明的。用戶與玩家可以非常自由地切換輸入裝置，通過不同的輸入裝置來獲取統(tǒng)一的行為將變的很容易。
聲音子系統(tǒng)（sound system）負責(zé)載入、播放聲音。該子系統(tǒng)功能非常簡潔明了，但當(dāng)前很多游戲都支持3D聲音，實現(xiàn)起來會稍許復(fù)雜一些。
3D游戲引擎中很多出色的表現(xiàn)都是基于“時間系統(tǒng)”(time)的。因此你需要一段時間來為時間子系統(tǒng)（Timer sub-system）好好構(gòu)思一番。即使它非常的簡單，（游戲里）任何東西都是通過時間觸發(fā)來做移動變化，但一份合理的設(shè)計將會讓你避免為實現(xiàn)而一遍又一遍地撰寫大量雷同的控制代碼……
配置系統(tǒng)（Configuration）位于所有子系統(tǒng)的頂端。它負責(zé)讀取配置記錄文件，命令行參數(shù)，或是實現(xiàn)修改設(shè)置(setup)。在系統(tǒng)初始化以及運行期間，所有子系統(tǒng)都將一直與它保持通訊。切換圖象解析度（resolution），色深（color depth），定義按鈕（key bindings），聲音支持選項（sound support options），甚至包括載入游戲，該系統(tǒng)將這些實現(xiàn)顯得格外的簡單與方便。把你引擎設(shè)計得更為可設(shè)置化一些，這將為調(diào)試與測試帶來更大的方便；玩家與用戶也能很方便地選擇他（她）們喜歡的運行方式。
Console （控制臺）
哈！我知道所有人都樂意去更風(fēng)做一個象Quake那樣的控制臺（console）系統(tǒng)。但這的確是一個非常好的想法。通過命令行變量與函數(shù)，你就能夠在運行時改變你的游戲或是引擎的設(shè)置，而不需要重啟。開發(fā)期間輸出調(diào)試信息它將顯得非常的有效。很多時間你都需要測試一系列變量的值，將這些值輸出到控制臺上要比運行一個debugger速度顯然要快得多。你的引擎在運行期間，一旦發(fā)現(xiàn)了一個錯誤，你不必立即退出程序；通過控制臺，你可以做些非常輕便的控制，并將這個錯誤信息打印出來。假如你不希望你的最終用戶看見或是使用該控制臺，你可以非常方便地將其disable，我想沒人能看得見它。
Support （支持）
支持系統(tǒng)（Support）在你引擎中任何地方都將被使用到。該系統(tǒng)包含了你引擎中所有的數(shù)學(xué)成分（點，面，矩陣等），（內(nèi)）存儲管理器，文件載入器，數(shù)據(jù)容器（假如你不愿自己寫，也可以使用STL）。該模塊任務(wù)顯得非常基礎(chǔ)與底層，或許你會將它復(fù)用到更多別的相關(guān)項目中去。
Renderer/Engine Core （渲染/引擎 內(nèi)核）
哈~是呀，所有的人都熱愛3D圖象渲染！因為這邊有著非常多的不同種類的3D世界渲染方式，可要為各類擁有不同工作方式的3D圖形管道做出一個概要描述也是幾乎不可能的。
不管你的渲染器如何工作，最重要的是將你的渲染器組件制作得基化（based）與干凈（clean）。
首先可以確定的是你將擁有不同的模塊來完成不同的任務(wù)，我將渲染器拆分為以下幾個部份：可見裁減（Visibility）、碰撞檢測與反饋（Collision Detection and Response）、攝像器（Camera）、靜態(tài)幾何體（Static Geometry）、動態(tài)幾何體（Dynamic Geometry）、粒子系統(tǒng)（Particle Systems）、布告板（Billboarding）、網(wǎng)格（Meshes）、天空體（Skybox）、光線（Lighting）、霧（Fogging）、節(jié)點陰影（Vertex Shading）和輸出（Output）。
其中每一個部分都得需要一個接口來方便地實現(xiàn)改變設(shè)置（settings）、位置（position）、方向（orientation）、以及其他可能與系統(tǒng)相關(guān)的屬性配置。
即將顯露出來的一個主要缺陷便是“特性臃腫”，這將取決于設(shè)計期間你想實現(xiàn)什么樣的特性。但如不把新特色置入引擎的話，你就會發(fā)覺一切都將變的很困難，解決問題的方式也顯得特別遜色。
還有一件有意義的事便是讓所有的三角形[triangles]（或是面[faces]）最終在渲染管道里經(jīng)過同一點。（并非每次的每個三角形，這里討論的是三角形列表[triangle lists]、扇形[fans]、帶形[strips]、等） 多花一些工作讓所有物體的格式都能經(jīng)過相同的光線、霧、以及陰影代碼，這樣就能非常便利地僅通過切換材質(zhì)與紋理id就使任何多邊形具有不同的渲染效果。
這不會傷及到被大量被渲染繪出的點，但是一旦你不當(dāng)心，它可能會導(dǎo)致大量的冗余代碼。
你也許最終便能發(fā)現(xiàn)，實現(xiàn)所有這些你所需的極酷效果可能只占了所有的15%左右的代碼量甚至更少。這是當(dāng)然的，因為大多數(shù)游戲引擎并不只是圖形表現(xiàn)。
Game Interface （游戲介質(zhì)）
一個3D（游戲）引擎很重要的部分便是------它是一個游戲引擎。但這并不是一個游戲。一個真正的游戲所需的一些組件永遠不要將它包含到游戲引擎里。引擎與游戲制作之間的控制介質(zhì)能使代碼設(shè)計變得更清晰，應(yīng)用起來也會更舒服。這雖是一些額外的代碼，但它能使游戲引擎具有非常好重用性，通過設(shè)計架夠游戲邏輯（game logic）的腳本語言（scripting language）也能使開發(fā)變的更方便，也可以將游戲代碼置入庫中。如果你想在引擎本身中嵌入你的游戲邏輯系統(tǒng)設(shè)計的話，大量的問題與大量修改一定會讓你打消復(fù)用這個引擎的念頭。
因此，此時你很可能在思考這個問題：聯(lián)系引擎與游戲的介質(zhì)層到底提供了什么。答案就是控制（control）。幾乎引擎的每一個部分都有動態(tài)的屬性，而該引擎/游戲介質(zhì)層（engine/game layer）提供了一個接口去修改這些動態(tài)屬性。它們包括了攝像器（camera）、模型屬性（model properties）、光線（lights）、粒子系統(tǒng)物理（particle system physics）、聲效播放（playing sounds）、音樂播放（playing music）、輸入操作（handling input）、切換等級（changing levels）、碰撞檢測以及反饋（collision detection and response）、以及2D圖形界面的頂端顯示、標(biāo)題畫面等相關(guān)的東西。基本上來講如果你想讓你的游戲能優(yōu)雅的實現(xiàn)這些元素，在引擎中置入這個介質(zhì)層（interface）是必不可少的。
The Game （游戲）
在這里，我無法告訴你如何去寫你的游戲。這該輪到你發(fā)揮啦。如果你已經(jīng)為你那令人贊異的引擎設(shè)計出了一套出色的介質(zhì)層的話，我想在設(shè)計撰寫游戲過程中一定會輕松許多。
3D游戲引擎設(shè)計是一項巨大的軟件工程。一個人獨立完成設(shè)計并撰寫也并非不可能，但這不只是熬一兩個晚上便能搞定的，你很可能會出寫出幾兆的源代碼量。如果你沒有持久的信念與激情，你很可能無法完成它。
當(dāng)然，別指望你的第一次嘗試就能寫出完整的引擎，挑一個比較小的項目所需的小規(guī)模引擎去實現(xiàn)。按你的方式去努力工作，你就能到達成功。