游戏引擎原理与实践 02：揭开3A游戏背后的技术面纱

[Bilibili 同步视频](#Bilibili 同步视频)
[游戏逻辑 vs 游戏引擎，剧本和摄影机的区别](#游戏逻辑 vs 游戏引擎，剧本和摄影机的区别)
现代游戏引擎都包含哪些模块？
游戏编辑器：游戏开发者的工作台
数学，游戏引擎的内功根基
- 需要重点掌握的数学知识点
写在最后

写在前面：想要从零手写一套完整强大的 3D 游戏引擎，对于个人开发者而言几乎是一件遥不可及的事情。好在开源生态蓬勃发展，我们不必重复造轮子，掌握引擎的修改与二次开发能力，就足以支撑绝大多数游戏创作的梦想。

一款光鲜亮丽的游戏，炫酷画面、跌宕剧情、拳拳到肉的物理反馈，全部都建立在游戏引擎之上。很多刚入坑的小伙伴分不清游戏逻辑 和游戏引擎底层，也搞不懂一个完整引擎到底由哪些零件拼装而成。今天我们就拨开迷雾，聊聊游戏引擎那些核心知识。

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游戏引擎原理与实践 02：揭开3A游戏背后的技术面纱

游戏逻辑 vs 游戏引擎，剧本和摄影机的区别

游戏编程大致可以划分为两大板块：游戏逻辑编程 与游戏引擎编程，二者的分界线其实并非刀割一样清晰。

简单打个比方：做游戏如同拍电影??。

游戏逻辑就是电影剧本：决定什么时候播放剧情、角色何时发起攻击、什么时候播放音效、网络该传递哪些数据。逻辑开发者只关心「要做什么」，不用纠结画面如何渲染、声音怎么解码、动作底层如何运算。
游戏引擎就是整套拍摄与后期设备：接收上层逻辑下达的指令，默默搞定图像绘制、音频处理、网络传输、角色运动等一堆脏活累活，负责解决「该怎么做」。

游戏好不好玩，内核永远是玩法与剧情，引擎不是决定游戏成败的关键。但是一个优秀的引擎，可以把精彩的游戏内容发挥到极致，带来沉浸式视听冲击，就像从老式 2D 影片升级到沉浸式 4D 体验。只要引擎能力足够强悍，当你的游戏剧本已经敲定，底层繁琐工作完全可以交给引擎接管。

现代游戏引擎都包含哪些模块？

如今成熟的商业引擎架构已经十分规范化，一套功能完备的引擎，通常拥有七大核心模块。

现实开发中很少会全部从零自研全部组件，大量模块会直接采购、接入第三方成熟库，减少重复开发成本。

模块	核心作用	常用第三方方案 & 说明
图形引擎	游戏画面渲染的基石，重中之重	大多选择自研，很难完全抽象复用，为画面效果必须定制开发
声音引擎	音乐、音效播放，声音资源管理	FMOD，行业内普及率极高的音频插件
网络引擎	处理游戏网络通信	没有万能通用方案；虚幻引擎网络模块适合 "开房间" 类游戏，并非适配所有服务器架构
脚本引擎	供策划 / 玩家拓展游戏玩法、AI 逻辑	魔兽争霸 3、红警 2 都支持脚本拓展；参考书籍《游戏脚本高级编程》
GUI 图形用户界面	血条、分数、弹窗等屏幕 2D 界面	ScaleForm 为知名 UI 引擎，UI 体验直接影响玩家手感
人工智能引擎	游戏角色 AI 行为逻辑	虚幻内置带编辑器的 AI；Unity 可在商店购入 AI 插件
物理引擎	碰撞、刚体运动、射线检测、布料模拟等	PhysX、Havok、Bullet，PhysX 与 Bullet 开源；软体、流体仿真项目中使用相对较少

表格说明：该表格汇总游戏引擎七大核心模块，清晰展示每个模块的定位以及业界主流实现方式，帮助快速建立整体认知。

游戏编辑器：游戏开发者的工作台

引擎本体负责运行游戏，而编辑器，则是我们制作游戏内容的工作台。它不止能够编辑各类游戏资源，还承担资源管理、性能分析、打包部署、版本发布全套工作。

下面用一张思维导图梳理编辑器各类组件：
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常用编辑器
场景编辑器：摆放模型、光源、摄像机
粒子特效编辑器：制作爆炸、火花等特效
模型浏览器：浏览、检视模型资源
动画编辑器：编辑动画，触发游戏事件
材质编辑器：修改模型外观质感
资源管理器：统一管控全部游戏素材
拓展编辑器
物理编辑器
AI行为树编辑器
脚本编辑器
技能编辑器

图表说明：思维导图梳理引擎编辑器的组成，分为常用核心编辑器与拓展专用编辑器两大类，直观展示每个工具的用途。像 Unity、Unreal 这些主流引擎，都集成了上面绝大多数工具。

对于入门新手，建议从 Unity 入手，阅读配套入门书籍，动手做几个小型 Demo，在实操中熟悉编辑器各个功能，是最高效的学习路径。

数学，游戏引擎的内功根基

如果把引擎比作高楼，数学就是深埋地下的地基。不管是写引擎底层，还是做游戏逻辑开发，都离不开数学。高等数学、线性代数、概率统计都是储备知识。

提示：不必被复杂理论吓到！引擎中大量算法都已经封装成成熟库，学会熟练调用就可以完成大部分工作，本文也不会涉及晦涩的多重微积分，聚焦实战高频用到的基础知识点。推荐读物：《3D 数学基础：图形与游戏开发》

需要重点掌握的数学知识点

向量 ?

向量是图形学常客，拥有大小与方向。分清标量、点、2D/3D/4D 向量。3D 向量既能代表空间位置点，也可以表达朝向方向。

需要吃透：向量加减、缩放、求长度、归一化、点积、叉乘等运算，以及每一种运算在游戏场景代表什么物理含义。
矩阵 ??

矩阵主要用来做空间变换 ，引擎中以 3×3、4×4 矩阵为主。

掌握概念：矩阵维度、单位矩阵、转置、求逆、正交矩阵；矩阵与矩阵、矩阵与向量的乘法，乘法顺序不同结果会截然不同。
四元数 ??

多用于解决三维旋转，熟悉四元数模、共轭、逆、点乘、叉乘基础定义，网上有大量资料可以查阅。
基础几何体 ??

直线、射线、线段、三角形、球体、胶囊体、平面...... 大多用于碰撞检测、相交判断、距离计算，全部以参数化形式描述。
欧拉角 ??

欧拉角依靠方位定义旋转，旋转顺序不同，最终结果天差地别 。文中配套引擎采用Roll→Pitch→Yaw旋转顺序。

非常关键：务必搞懂欧拉角、矩阵、四元数三者之间的转换逻辑，注意部分情况下转换并不具备可逆性。

写在最后

游戏引擎是一个庞大的综合体：上层是玩法逻辑，中间是编辑器工具链，底层依靠图形、物理、网络等各个模块协同工作，而数学则是驱动一切底层运算的源动力。

不必畏惧引擎的庞大复杂，学习可以循序渐进。先搞懂各个模块各司什么职责，再一点点补齐图形学数学基础，动手实操，慢慢就能揭开游戏引擎的神秘面纱。