CN103345395A - 一种用于大型多人在线角色扮演的3d游戏引擎 - Google Patents

Abstract

一种用于大型多人在线角色扮演的3D游戏引擎，克服了现有游戏引擎用来做大型多人在线角色扮演游戏开发时存在的缺陷，其特征在于：本发明专门针对大型多人在线角色扮演游戏，实现了由核心系统、资源管理、渲染系统、物理系统、声音系统、游戏应用、游戏工具七大模块的系统架构。本发明节省游戏开发成本，提高游戏开发效率；同时对系统各设计模块进行独立设计和封装，扩展性好，易维护。

Description

一种用于大型多人在线角色扮演的3D游戏引擎

技术领域

本发明涉及游戏开发技术领域，特别是一种用于大型多人在线角色扮演的3D游戏引擎。 

背景技术

随着计算机硬件、3D图形技术、虚拟现实技术的发展，逼真的3D视觉世界正在逐步走入人们的生活，它给人们呈现的梦幻般的境界，正在引起人们的广泛关注，建立三维视图体系并进行推广和发展已经成为当前技术的热门领域，而3D游戏则是3D技术一个典型的代表。 

伴随时代的进步，从简单的色块堆砌而成的画面到数百万多边形组成的精细人物，游戏正展示给我们越来越真实且广阔的世界，对于近几年才接触游戏的玩家来说，玩着《魔兽世界》、《生化危机5》等游戏，或许想象不出十多年前的3D游戏是多么的简陋，而作为3D游戏制作的心脏，3D游戏引擎一直以来都是见证、引领3D游戏发展的最核心部分。 

大型多人在线角色扮演游戏为世界上最受欢迎的游戏类型，这种游戏类型的关键技术需要安全、稳定，因此必须具有灵活可变的游戏引擎。 

目前比较成熟的引擎，比如虚幻3，CryEngine3，寒霜2引擎，他们用来做大型多人在线角色扮演游戏开发存在几个缺点：一是他们基本上都是针对FPS游戏开发的，做其他类型游戏要做很多代码改动；二是其要支付昂贵的授权费用；三是其功能太多太复杂，学习成本很高。 

发明内容

本发明目的是为弥补上述现有引擎技术的不足，而提供一种用于大型多人在线角色扮演的3D游戏引擎。 

本发明的技术方案： 

本发明实现了由核心系统；资源管理；渲染系统；物理系统；声音系统；游戏应用；游戏工具等七大模块的系统架构。 

本发明所述核心系统设有Assertions，即断言；内存管理；数学库；数据结构和算法；多线程库。 

本发明所述资源管理设有模型；贴图；材质；骨骼动画；字体管理。 

本发明所述渲染系统设有渲染器；场景管理器；特效系统；动画系统；界面系统。 

本发明所述物理系统设有碰撞检测；纸娃娃系统；IK，即反向动力学；布料模拟；流体模拟。 

本发明所述声音系统设有音乐；2D声效：3D声效；声效混合器；后台加载。 

本发明所述游戏应用设有对象系统；事件系统；脚本系统；人工智能；地图系统。 

本发明所述游戏工具设有场景编辑器；界面编辑器；模型查看器；材质编辑器；特效编辑器。 

本发明的有益效果： 

本发明提供的游戏引擎适合用于大型多人在线角色扮演游戏，可以减少游戏开发中的大量重复劳动，降低成本。 

本发明提供的游戏引擎因为是针对大型多人在线角色扮演游戏定制的，程序的运行效率比起一些商业的引擎要高，占用电脑资源要少，能支持数百玩家同屏战斗。 

本发明的游戏引擎作为大型多人在线游戏强有力的后台，能让所有想进入游戏研发领域的公司降低行业门槛，从而让这些公司主要在游戏的可玩性和游 戏理念上给予创新，为广大游戏带来更多更优秀的游戏。 

系统各层设计模块分别进行独立设计和封装，具有较好的扩展性，便于后期的维护和开发扩展，提供灵活多变、安全稳定的游戏环境，提高开发效率。 

附图说明：

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。 

图1为本发明之系统架构示意框图。 

其中：1.游戏工具，2.游戏应用，3.声音系统，4.物理系统，5.渲染系统，6.资源管理，7.核心系统。 

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。 

核心系统：如图中7所示，每一个游戏引擎，甚至大型的C++软件，都需要大量的常用通用库，我们把这些通用库都放到了核心系统里边，使用这些通用库可以减少大量的编码工作： 

Assertions，即断言库，是异常处理的一种高级形式。断言表示为一些布尔表达式，程序员相信在程序中的某个特定点该表达式值为真。可以在任何时候启用和禁用断言验证，因此可以在测试时启用断言，而在部署时禁用断言。同样，程序投入运行后，最终用户在遇到问题时可以重新起用断言。 

内存管理库，可以让引擎自己管理内存的分配方式，可以加速程序内存的分配和释放操作，减少内存碎片，还可以用来检测内存的泄漏。 

数学库，提供了数学领域的很多通用接口，比如线性代数的向量，矩阵，四元数操作，几何操作，射线求交，差值计算等等。 

数据结构和算法库，实现了引擎自己的一套容器，比如数组，链表，堆栈， 字符串，哈希表，树，还有查找，删除，排序等一些常用算法。 

多线程库，提供对多线程的支持，并通过实现进入许可证机制以避免多线程冲突。 

资源管理：如图中6所示，资源管理系统提供了一个统一的接口来管理所有的引擎资源，可以直接读取来自不同介质的资源，比如内存，硬盘，网络等等。引擎的资源类型包括3D模型资源，贴图资源，材质资源，骨骼动画资源和字体资源，这些资源在资源管理系统中被严格检查，防止出现资源泄漏一类的问题。 

渲染系统：如图中5所示，渲染系统是每个引擎中最大的，也是最复杂的一个组件。一个3D游戏画面的好坏跟渲染系统有直接的关系。渲染系统主要包括以下几个子系统： 

渲染器，是渲染系统最底层的一个系统，它负责直接跟显卡硬件打交道，引擎中实现了OpenGL渲染器和D3D9渲染器，渲染器负责计算光照，绘制游戏画面等等。 

场景管理器，负责管理一个游戏世界中的所有对象，一般都是场景树的实现方式。同时它还负责计算整个场景的可见对象以及模型LOD的切换。我们针对场景管理器做了大量的优化工作，使他可以支持游戏远距离显示。 

特效系统，包括游戏中常用的粒子，布告板，刀光，缎带。游戏中的火，爆炸，雨雪天气，都是由特效系统实现的。一个游戏技能效果是否好看，跟特效系统有直接的联系。特效系统对电脑的开销比较大，对此我们采用了动态批次技术，减少显卡的绘制压力，采用多线程技术加速特效计算，保证玩家能看到完美的游戏效果。 

动画系统，是整个渲染系统的核心部分，游戏世界人物的动作，怪物的动作，树叶的摆动等等都是由它负责计算的。由于大型多人在线角色扮演游戏需 要大量的玩家一起互动，这会导致大量的玩家的动画计算，为了我们采用了多核技术加速动画计算，实现了数百玩家同屏互动。 

界面系统，是一个人机交互系统，玩家的行为大多数都是通过界面系统来通知游戏引擎，现在的游戏界面越来越复杂多变，为了让界面具备更多的动态效果，我们做了大量的优化工作，通过脏矩形技术减少了大量的界面重绘操作，降低了显卡的绘制次数。 

物理系统：如图中4所示，通过为刚性物体赋予真实的物理属性的方式来计算运动、旋转和碰撞反映。我们采用了世界上最先进的物理引擎PhysicsX来底层支持，效果非常理想。物理系统主要包括以下几个模块。 

碰撞检测，在3D游戏中至关重要，好的碰撞检测要求人物在场景中可以平滑移动，遇到一定高度内的台阶可以自动上去，而过高的台阶则把人挡住，遇到斜率较小的斜坡可以上去，斜率过大则把人挡住，在各种前进方向被挡住的情况下都要尽可能地让人物沿合理的方向滑动而不是被迫停下。在满足这些要求的同时还要做到足够精确和稳定，防止人物在特殊情况下穿墙而掉出场景。 

纸娃娃系统，使用者可以依照不同的节庆或心情，随意更换表情、发型、服饰、配件甚至是宠物等多元的项目，反映现实中的自己与满足内心的愿望，利用网络玩起角色扮演游戏，网络社群中交朋友。D纸娃娃系统不同于2D，因为在3D游戏中，可以借助骨骼系统来控制角色动作，因此3D纸娃娃没有拆分角色的身体部分，只是分离了服装，武器等外部物件。 

IK，即反向动力学，不是通过旋转木偶的关节来设置姿势，而是通过定位骨骼链中较低的骨骼，使较高的骨骼旋转，从而设置关节的姿势。例如，为了设置木偶手臂的姿势，将抓住并移动木偶的手腕，而不是依次旋转胸部、肩部、上臂等等。IK通常用于将骨骼链的末端“固定”在某个相对该骨骼链移动的对 象上，例如，一只摇动曲柄的手(以特定速度设置曲柄动画，手部约束于该曲柄，而不是其他方式)。 

布料模拟，该技术主要应用在游戏角色的一些裙子，飘带上边，可以产生非常真实的物理效果。 

流体模拟，该技术可以用在游戏里的水，岩浆，粒子上，太消耗资源，一般不经常使用。 

声音系统：如图中3所示，是每个游戏必不可少的一部分，有了声音的配合在3D游戏里能给玩家更好的代入感，烘托场景气氛。声音系统实现了背景音乐，场景音效，音效混合以及资源后台加载等功能，可以满足现在的游戏需要。 

游戏应用：如图中2所示，我们为大型多人在线角色扮演游戏，实现了一些常用的构建，这些基本上是所有游戏都有的系统，减少游戏开发的一些重复劳动，游戏系统主要包括以下几个模块： 

对象系统，管理所有的游戏对象，负责游戏对象的创建，删除，查找以及数据的同步。 

事件系统，是触发式的，减少了刷新操作，减少了CPU占用。 

脚本系统，它的一个普遍目的是把游戏引擎和游戏内容分开，这样就可以在不需要重复编译整个工程的情况下调整游戏内容，游戏引擎一般都是由c或者c++语言来编写，随着工程量的增加，编译速度是很慢的，而脚本的引入可以从某种程度上解决这个问题。 

人工智能，该引擎实现了通用的自动路径搜寻，采用导航网格算法，减少了大量的寻路节点。 

地图系统，负责游戏场景的分开加载，后台加载。 

游戏工具：如图中1所示，引擎为大型多人在线角色扮演游戏开发了大量的工 具，主要包括以下几个工具： 

场景编辑器，所见即所得的可视化编辑器，可以方便的摆放场景物件，编辑地形，水，雾，阳光，云。编辑器简单易用，美术可以快速上手，减少了很多学习成本。 

界面编辑器，主要用来编辑游戏里的一些UI，保存UI的一些位置，缩放，布局信息。 

模型查看器，可以查看美术3dmax制作的模型效果，动作，利于美术调试画面。 

材质编辑器，可以编辑模型的材质属性，改变模型外观，减少美术重新制作模型的工作量。 

特效编辑器，可以编辑游戏内的火，烟雾，爆炸，云，眩光等效果。易学易用，美术可以快速上手。 

Claims (8)

1.一种用于大型多人在线角色扮演的3D游戏引擎，其特征在于：本发明实现了由核心系统；资源管理；渲染系统；物理系统；声音系统；游戏应用；游戏工具等七大模块的系统架构。

2.根据权利要求1所述的一种用于大型多人在线角色扮演的3D游戏引擎，其特征在于：所述核心系统还包括Assertions，即断言；内存管理；数学库；数据结构和算法；多线程库。

3.根据权利要求1所述的一种用于大型多人在线角色扮演的3D游戏引擎，其特征在于：所述资源管理还包括模型；贴图；材质；骨骼动画；字体。

4.根据权利要求1所述的一种用于大型多人在线角色扮演的3D游戏引擎，其特征在于：所述渲染系统还包括渲染器；场景管理器；特效系统；动画系统；界面系统。

5.根据权利要求1所述的一种用于大型多人在线角色扮演的3D游戏引擎，其特征在于：所述物理系统还包括碰撞检测；纸娃娃系统；IK，即反向动力学；布料模拟；流体模拟。

6.根据权利要求1所述的一种用于大型多人在线角色扮演的3D游戏引擎，其特征在于：所述声音系统还包括音乐；2D声效；3D声效；声效混合器；后台加载。

7.根据权利要求1所述的一种用于大型多人在线角色扮演的3D游戏引擎，其特征在于：所述游戏应用还包括对象系统；事件系统；脚本系统；人工智能；地图系统。

8.根据权利要求1所述的一种用于大型多人在线角色扮演的3D游戏引擎，其特征在于：所述游戏工具还包括场景编辑器；界面编辑器；模型查看器；材质编辑器；特效编辑器。