《GAMES104-现代游戏引擎：从入门到实践》-02 学习笔记

目录

游戏引擎分层架构

工具层（Tool Layer）

功能层（Function Layer）

资源层（Resource Layer）

核心层（Core Layer）

平台层（Platform Layer）

第三方库（Third Party Libraries）

资源层

功能层

核心层

平台层

工具层

为什么要分层架构？

Takeaways

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游戏引擎分层架构

工具层（Tool Layer）

在一个现代游戏引擎中，我们最先看到的可能不是复杂的代码，而是各种各样的编辑器，利用这些编辑器，我们可以制作设计关卡、角色、动画等游戏内容，这一系列编辑器就构成了引擎最上面的一层——工具层。

功能层（Function Layer）

将一个三维虚拟世界转换为一帧一帧的二维图像的过程，我们需要用到渲染系统（Rendering）；让一个个静止的模型运动起来，做出惟妙惟肖的动作，形成连续的画面，我们需要用到动画系统（Animation）；物理的碰撞，各种力的作用，让物体的运动更贴近真实世界，我们需要用到物理系统（Physics）；每一个游戏世界都有着自己的规则，还要有NPC来丰富游戏可玩性，这就需要用到脚本（Script）、状态机（FSM）和AI；任何一个游戏的操作都离不开人机交互，这其中又涉及一系列功能。以上的种种功能组合在一起便构成了游戏引擎的功能层。

资源层（Resource Layer）

游戏中有的不只是一行行的源代码，还有各种格式的多媒体文件，如PhotoShop的PSD文件、3DSMAX的MAX文件，加载管理这一系列的图形、图像、音频、视频文件以及其他数据，就是资源层的任务了。资源层位于功能层之下，不断为功能层提供数据，这就好像上面是一个画家在画画，而资源层在下面不断为其提供颜料。

核心层（Core Layer）

游戏引擎中最核心，最重要的一层就是核心层。核心层负责响应上面层次频繁的调用，提供各种基础功能，如内存管理、容器的分配、数据的运算、多线程的创建等等。

平台层（Platform Layer）

平台层是最容易被忽略的一层，一款游戏或者引擎可能被发布在不同的平台上，会有不同的图形接口；并且不同的用户可能使用不同的硬件设备，如键鼠和手柄。适应不同的平台，就是平台层的任务。

第三方库（Third Party Libraries）

中间件和第三方库通过SDK（Software Development Kit）的形式或文件格式进行转化。

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资源层

Photohop中的PSD文件、3DSMAX中的MAX文件等一般包含工具自带信息，大量与引擎无关的数据，数据格式比较复杂， 直接使用会很大程度上降低效率。为了提高调度资源的效率，需要引擎在导入时将不同资源都转换为资产（assets）文件。例如引擎中使用贴图文件时，我们可能导入JPG、PNG格式的文件，但这两种文件的压缩算法对于GPU来说并不高效，直接在GPU中使用会浪费性能，所以其通常被转换成dds格式再存入显存中。

对于任意一个游戏人物，例如上图的小机器人，可能需要绑定对应的材质、贴图、网格、动画等资源，定义一个Composite asset文件关联这些资源，比如XML文件，并使用GUID（全局唯一标识符）进行标识管理。

实际运行时，游戏还需要用到资产管理器（Runtime Asset Manager），其根据资产的生命周期（Asset Life Cycle）对资产进行管理操作，资产的实时加载卸载、资源的分配、垃圾回收（GC）、延时加载等都包括在其中。

功能层

功能层的使用，使得每过一个tick时间，游戏中的虚拟世界就会前进一步。一个tick时间内，分别执行tickLogic()和tickRender()函数，其中逻辑方面的tickLogic()一般先执行，主要用于模拟游戏世界，包括输入输出的处理、相机视角位置的变换、碰撞的检测等操作；用于绘制世界的tickRender()则依据tickLogic()计算出的各资产的位置情况进行渲染绘制。

功能层非常的复杂庞大，特别是涉及到网络编程时，所以通常需要借助多线程计算。当前主流的多线程是将可以并行计算的任务拆分开来，分别放到多个线程运算，但若有不适用于并行计算的任务，其缺陷便显露出了。在未来，引擎会将每个任务划分为极小的可执行单元，将这一个个原子般的任务分配到多个线程中执行，更加高效的利用资源。

核心层

核心层为上层的所有逻辑提供一个基础，它提供数学库（如矩阵运算）、数据结构和容器（如二叉树）、内存管理等工具。因为引擎的一切都是以效率为核心的，所以在进行数学运算时，可以使用近似运算或者SIMD（单指令多数据流，以同步方式，在同一时间内执行同一条指令）提高运算效率；至于数据结构和容器，编程语言中自带的数据结构可能会出现一些问题，比如C++中的Vector在添加对象时开辟的储存空间会成倍增长，在添加大量对象后，使用的储存空间我们将无法得知，可能会产生内存空洞，而引擎中的数据结构更加方便内存的管理，提高访问效率；引擎的内存管理和操作系统很相似，核心原理可以概括为：尽可能把数据储存在一起，访问时按顺序访问，处理时批量处理。

平台层

平台层使得游戏能够兼容如Xbox、Mac、Windows等不同平台，手柄、键鼠等不同设备。平台层通过使用Render Hardware Interface（RHI）来去除不同Graphics API（如DirectX11、DirectX12、OpenGL）之间的差异，使上层无需关心使用不同API可能会带来的问题。

工具层

工具层一般以编辑器的形式（蓝图编辑器、材质编辑器等）呈现，可以使用不同编程语言开发（C++、C#、Html5等），以开发效率优先，它需要使不同使用者能够创造游戏内容。因为很多游戏的数字资产是在不同DCC（Blender、MAYA等）中创建的，所以工具层一般包含导入、导出工具用于导入、导出游戏资源。

为什么要分层架构？

为了使游戏引擎解耦并降低复杂度，每一层都将独立完成自己的任务，底层为上层提供基础服务，上层调用底层的工具。这样的分层架构使得上层灵活，底层稳定，更有利于功能的更新和开发。

Takeaways

• 游戏引擎被设计为分层架构
• 在这一分层架构中，越往下，越稳定；越往上，越开放灵活
• 游戏中的虚拟世界由一系列tick时间组成

以上即是我在第二课中的收获~

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