CN105005473B - 一种用于开发3d游戏的游戏引擎系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于开发3D游戏的游戏引擎系统，所述引擎系统包括基础模块、引擎模块、渲染插件模块和引擎扩展模块和引擎资源编辑器，基础模块通过封装与不同平台相关的各种常用函数，用于实现所述游戏引擎系统对不同开发平台的高层抽象；引擎模块用于提供交互式实时图像应用程序的核心组件，以实现游戏场景和角色的渲染及模拟以及资源的管理和扩展；所述渲染插件模块用于实现基于插件的渲染模块抽象，从而使引擎可以在不同的开发平台挂载与之匹配的渲染插件；引擎扩展模块，用于以插件的方式提供对于不同游戏应用类型的支持；引擎编辑器提供可扩展编辑的游戏美术资源及编辑游戏所使用的逻辑相关资源。

Description

一种用于开发3D游戏的游戏引擎系统

技术领域

本发明涉及一种游戏引擎系统，特别涉及一种用于开发3D游戏的游戏引擎系统。

背景技术

通常，一款游戏引擎的好坏，直接影响游戏的方方面面。目前，在世界范围内，有众多游戏引擎被各游戏开发厂商广泛使用。比如Unreal,CryEngine,Unity,Cocos2dX,KlayGE,WildMagic,OGRE,BigWorld,GameBryo等等。

在这些游戏引擎中，Cocos2dX是一个支持多平台的2D手机游戏引擎，使用C++开发，基于OPENGLES，基于Cocos2d-iphone,支持iOS,Android，Winodws等平台。Unity是由Unity Technologies开发的一个允许玩家创建诸如三维视频游戏，建筑可视化，实时三维动画等类型互动内容的多平台综合型游戏开发工具，是一个高度整合的游戏引擎。

然而，上面列举的这些现有引擎多为通用化的引擎，很难为一个特定的游戏类型提供足够的支持服务，而无法解决游戏项目成功的一个要素，即早于同行做出满足市场要求的产品。因此，使用通用化引擎的一个主要问题在于缺少技术时效性。当开发者等待通用化引擎支持某种新技术的时候，其他竞争对手公司也就具备了开发同类产品的能力。这就使得开发效率大大降低，使得开发者错失市场。另外，现有引擎由于支持服务不到位使得没有直接的支持，因此需要开发者用户自己去实现相关的部件，从而导致制作周期大大加长。

因此，需要一种具有更为合理的架构和更优代码风格的游戏引擎，可以支持更强大的编辑器和开发工具，使得游戏制作人员能够实现更高效的开发。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于开发3D游戏的游戏引擎系统，所述引擎系统包括基础模块、引擎模块、渲染插件模块和引擎扩展模块和引擎资源编辑器，其中，所述基础模块通过封装与不同平台相关的各种常用函数，用于实现所述游戏引擎系统对不同开发平台的高层抽象，并用于将引擎上层模块及引擎使用人员与开发平台进行隔离，所述基础模块包括平台库、工具库、存储器子模块、数学库、串行化子模块和线程子模块；引擎模块用于提供交互式实时图像应用程序的核心组件，包含渲染模块，AI模块，物理模块，UI模块，音频模块，特效系统模块，资源管理模块，动画模块，脚本模块，日志模块，插件模块，以实现游戏场景和角色的渲染及模拟以及资源的管理和扩展；所述渲染插件模块用于实现基于插件的渲染模块抽象，从而使引擎可以在不同的开发平台挂载与之匹配的渲染插件；引擎扩展模块，用于以插件的方式提供对于不同游戏应用类型的支持；引擎编辑器包括场景编辑器，特效编辑器，模型编辑器，材质编辑器，角色编辑器，技能编辑器，所述各个编辑器之前协同合作，以提供可扩展编辑的游戏美术资源及编辑游戏所使用的逻辑相关资源。

优选地，所述平台选自windows phone平台、iOS平台、Android平台、MAC平台中的任意一种。

优选地，所述基础模块中的所述存储器子模块、数学库、串行化子模块、线程子模块封装了各平台差异性的功能，作为底层模块供上层模块调用。

优选地，所述工具库封装如计时器、调试模块、字符串处理、路径处理的功能。

优选地，所述渲染插件模块支持OpenGLES,OpenGL,D3D,Metal多种渲染API。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于通过客户端调用如上述的游戏引擎系统的方法，所述方法包括如下步骤：

a)对所述游戏引擎系统进行初始化；

b)若引擎初始化成功，继续执行客户端逻辑相关初始化；

c)进入游戏逻辑主循环。逻辑主循环顺序执行逻辑更新；

d)进行引擎更新；

e)进行引擎渲染；

f)判断是否接收到退出指令，若是则退出，否则返回步骤c)重新进行逻辑更新。

优选地，所述步骤a)中的引擎初始化包括创建引擎Root对象，定制内存管理器，以及根据平台特性定制渲染器。

优选地，所述逻辑更新包含客户端自己逻辑相关的更新，其中包含对引擎接口的调用。

优选地，所述退出包括客户端崩溃、客户端程序关闭等所有会导致游戏主循环中断的操作。

根据本发明的3D游戏引擎系统，可以使游戏制作人员更高效的开发。基于插件的设计模式可以使开发人员随心所欲的根据自己的需求进行特殊定制和扩展。因此，根据本发明的3D游戏引擎系统相比现有游戏引擎系统具有更高效的性能，更宽的扩展空间，更强的功能，并且对自定义扩展支持得更为友好，尤其适合有一定经验的游戏研发人员使用，大大缩短了游戏的开发周期，使得开发效率大为提高。

应当理解，前述大体的描述和后续详尽的描述均为示例性说明和解释，并不应当用作对本发明所要求保护内容的限制。

附图说明

参考随附的附图，本发明更多的目的、功能和优点将通过本发明实施方式的如下描述得以阐明，其中：

图1示意性示出根据本发明的3D游戏引擎系统的系统框图；

图2示意性示出根据本发明的3D游戏引擎在于游戏应用结合时的应用程序层结结构图；

图3示出了图1中的3D游戏引擎系统中的基础模块的子模块框图；

图4示出了图1中的3D游戏引擎系统中的引擎模块的子模块框图；

图5示出了图1中的3D游戏引擎系统中的渲染插件模块的子模块框图；

图6示出了图1中的3D游戏引擎系统中的引擎扩展模块的子模块框图；

图7示出了图1中的3D游戏引擎系统中的引擎编辑模块的子模块框图；

图8示出了图1中的3D游戏引擎系统的工作流程图。

具体实施方式

通过参考示范性实施例，本发明的目的和功能以及用于实现这些目的和功能的方法将得以阐明。然而，本发明并不受限于以下所公开的示范性实施例；可以通过不同形式来对其加以实现。说明书的实质仅仅是帮助相关领域技术人员综合理解本发明的具体细节。

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在附图中，相同的附图标记代表相同或类似的部件，或者相同或类似的步骤。

本发明提供了一种3D游戏引擎系统，具有完整功能模块的游戏开发引擎，具备图形、物理、人工智能(AI)、音频、界面、动画、特效、脚本等完整功能，可以使游戏制作人员更高效的开发。根据本发明的3D游戏引擎系统基于插件的设计，可以使开发人员随心所欲的根据自己的需求进行特殊定制和扩展。如图1所示，本发明的游戏引擎系统100包括基础模块101、引擎模块102、渲染插件模块103、引擎扩展模块104和引擎资源编辑器105。

基础模块101用于实现游戏引擎系统100对各个开发平台(例如windows phone平台、iOS平台、Android平台、MAC平台等)的高层抽象，并用于将引擎上层模块及引擎使用人员与开发平台进行隔离，从而使得引擎使用人员在开发时无需知晓各平台细节，而在任何平台调用由基础库实现的代码时都可以获取到相同的结果。

基础模块101还封装了与不同平台相关的各种常用函数，可以在所支持平台上被游戏开发人中直接使用，从而去除平台差异性。下文会参照图3详细说明基础模块101的构成和工作原理。

引擎模块102是本发明的游戏引擎系统100的核心模块，用于提供交互式实时图像应用程序的核心组件，包含了渲染模块，AI模块，物理模块，UI模块，音频模块，特效系统模块，资源管理模块，动画模块，脚本模块，日志模块，插件模块。下文会参照图4详细说明。

渲染插件模块103用于实现基于插件的渲染模块抽象。渲染插件模块103用于针对不同开发平台渲染底层之间的差异，基于插件的设计，实现对应平台的渲染器，从而使引擎可以在不同的开发平台挂载与之匹配的渲染插件，以最大化渲染效率。同时由于引擎对渲染接口的封装，渲染插件模块103可以实现开发使用人员对渲染开发接口是一致的，不会因为渲染插件的差异而增加额外的工作。因此，本发明的渲染插件模块103使游戏开发人员只需单一的渲染实现就可以在所支持的任意平台/任意渲染API上获取到相同的渲染结果，极大提高了开发效率，降低了开发成本。具体地，本发明的渲染插件模块103支持OpenGLES,OpenGL,D3D,Metal等渲染API。下文会参照图5详细说明。

引擎扩展模块104，用于以插件的方式提供对于不同游戏应用类型的支持。具体的，本发明的引擎扩展模块104允许使用者通过插件的方式来扩展引擎功能。下文会参照图6详细说明。

引擎编辑器105包括场景编辑器，特效编辑器，模型编辑器，材质编辑器，角色编辑器，技能编辑器，所述各个编辑器之前协同合作，以提供可扩展编辑的游戏美术资源及编辑游戏所使用的逻辑相关资源。

图2示意性示出根据本发明的3D游戏引擎在于游戏应用结合时的应用程序层结结构图。如图2所示，根据本发明的3D游戏引擎分为游戏应用201层级、游戏逻辑202层级、引擎系统100层级以及操作系统平台203层级共四个层级。

在游戏者在开发游戏应用201时，直接调用游戏逻辑202，并在需要时通过调用引擎系统203的引擎扩展模块来扩展引擎的功能。游戏逻辑202调用引擎模块100进行各种功能的开发，例如渲染、特效实现、UI、音频、动画、脚本、资源管理等。接着，引擎模块100通过封装与不同平台相关的各种常用函数，从而对各个开发平台(例如windows phone平台、iOS平台、Android平台、MAC平台等)的高层抽象，并用于将引擎上层模块及引擎使用人员与开发平台进行隔离，从而使得引擎使用人员在任何平台调用由基础库实现的代码时都可以获取到相同的结果。

图3示出了图1中的3D游戏引擎系统中的基础模块101的子模块框图。如图3所示，基础模块101包括平台库301、工具库302、存储器子模块303、数学库304、串行化子模块305、线程子模块306。其中，这些子模块针对不同的开发平台进行高度抽象。

具体地，平台库301中存储了不同开发平台的信息。工具库302、存储器子模块303、数学库304、串行化子模块305、线程子模块306为游戏开发提供了常用的基础功能，其实现目的就是为了统一各个平台的差异性。上述这些模块都具有针对不同平台进行统一抽象的通用接口，开发者使用这些模块时可以通过调用相同的接口在各平台得到完全一致的结果。其中，存储器子模块303、数学库304、串行化子模块305、线程子模块306封装了各平台差异性的功能，作为底层模块供上层模块调用，这样上层模块就可以只关心引擎层逻辑，无需再处理跨平台相关的工作。工具库302封装了一些常用功能，比如简单的游戏逻辑等，如计时器、调试模块、字符串处理、路径处理等。

图4示出了图1中的3D游戏引擎系统中的引擎模块的子模块框图；引擎模块是整个游戏引擎系统100的核心模块，包含了渲染子模块401、人工智能(AI)模块402、场景管理模块403、物理仿真模块404、音频模块405、特效系统模块406、脚本模块407、动画模块408、资源管理模块409、日志模块410和插件接口模块411和界面(UI)系统412。下面分别具体说明。

渲染子模块401，用于实现对游戏中的地图、角色及特效等进行渲染和模拟。例如实时动态全局光照，延迟光照，动态软阴影，法线贴图，位移贴图，太阳辉光，高动态范围，基于物理的渲染，FXAA等。

人工智能模块402基于Navigation Mesh与Navigation Volume的寻路实现，使游戏开发人员可以实现人工智能角色的3D寻路与空中寻路。本发明的人工智能模块402使用行为树模块，从而可以使游戏开发人员快速制作各种复杂的人工智能行为。根据本发明的人工智能模块402支持脚本化编程、网络寻路、寻路区域寻路、有限状态机、无限状态机、群体寻路和局部避障。

场景管理模块403，基于四叉树，八叉树，BSPTree实现的场景管理模块，以及异步资源加载卸载，主要具备实体系统与场景结点概念，地形编辑器功能等。

物理仿真模块404用于实现游戏中实时碰撞和物理仿真的物理模拟计算。包括实现刚体模拟，动力学约束，车辆模拟，布娃娃系统，动态场景破坏，布料模拟，流体模拟等等。碰撞检测，刚体，软体，破碎支持。

音频模块405是交互式动态音频系统，音乐可以由游戏的特定事件触发，提供CD品质的5.1环绕立体声播放。

特效系统模块406，用于创建游戏中的特效，例如创建烟雾，气流，火焰，流光等效果。

脚本模块407是基于Lua的脚本系统，可以同时满足高开发效率及多功能，可以使得引擎使用人员可以在不修改引擎代码的前替下，修改引擎使用逻辑。Lua的脚本系统的使用是由于C++代码在iOS设备上无法实时更新，因此使用Lua脚本来开发游戏逻辑，引擎可以使用tolua++(开源工具)将接口注册进Lua中使用。

动画模块408，本发明的动画模块可兼备功能效率空间的平衡，并能与物理环境完美结合。支持前向动画，逆向动画，骨骼重定向，动作混合，动作融合。动画压缩等特性。

资源管理模块409用于使得引擎使用人员可以对游戏开发过程中使用的所有资源进行统一管理，尽早发现并处理游戏开发过程中出现的资源错误。

日志模块410用于记录系统的日常使用行为。根据本发明的日志模块410为通用日志系统，支持日志重定向，辅助引擎系统进行日志打印，并可以支持错误查找等功能。

插件接口模块411用于为引擎使用人员提供扩展引擎功能的接口，可以在不影响引擎代码的情况下通过插件接口来实现引擎功能的扩展。

界面系统412支持丰富控件类型，底层渲染优化使界面系统具有很好的渲染效率。功能丰富，完全满足游戏开发中对界面使用的各种需求。

图5示出了图1中的3D游戏引擎系统中的渲染插件模块的子模块框图。如图5所示，本发明的渲染插件模块103支持OpenGLES,OpenGL,D3D,Metal等多种渲染API，用于为用户提供多种渲染器的接口。

本发明的渲染插件模块103对API进行了封装从而可以使不同的渲染API跨平台操作，使引擎上层逻辑使用相同的纹理模型资源能在不同的平台得到相同的渲染效果。根据本发明的一个实施例，渲染插件模块103还可以扩展额外的API，但如果新扩展的API与原API差异性较大，比如软件渲染等，那么相应的接口还需要进行相应调整。

图6示出了图1中的3D游戏引擎系统中的引擎扩展模块的子模块框图。如图6所示，引擎扩展模块包括Actor系统和用户扩展模块。引擎扩展模块为引擎使用人员提供了多种扩展功能，例如游戏中的人物换装、游戏中的角色技能改变和升级、角色自定义等。利用本发明的引擎扩展模块，引擎使用人员可以在客户端根据逻辑需求，实现自定义的技能逻辑。此外，本发明的引擎扩展模块还支持AI(人工智能)系统，使得客户端通过扩展实现自定义AI功能。

图7示出了图1中的3D游戏引擎系统中的引擎资源编辑器模块的子模块框图。如图7所示，引擎编辑器在游戏开发过程中起着至关重要的作重，本发明的引擎系统提供了完善的工具链与开发流程。引擎编辑器包括场景编辑器，特效编辑器，模型编辑器，材质编辑器，角色编辑器，技能编辑器共同组成。各个编辑器协同合作。共同完成游戏的开发工作。上述编辑器可以供美术开发人员使用编辑游戏所使用的相关美术资源，并可以供游戏策划开发人员使用编辑游戏所使用的逻辑相关资源。

图8示出了图1中的3D游戏引擎系统在客户端进行调用时的工作流程图。如图8所示：

在步骤801，客户端对引擎的调用流程通过引擎初始化来启动，从而启动逻辑主循环。

具体地，执行引擎初始化包括创建引擎Root对象，定制内存管理器，以及根据平台特性定制渲染器。

接着进入步骤802，若引擎初始化成功，继续执行客户端逻辑相关初始化工作，比如网络模块初始化等。

在步骤803，当初始化完成后，进入游戏逻辑主循环。逻辑主循环顺序执行逻辑更新。具体地，逻辑更新包含客户端自己逻辑相关的更新，其中包含对引擎接口的调用。

接着，在步骤804中进行引擎更新，客户端设置的相关参数部分会在引擎更新后才生效。客户端在逻辑主循环中先调用自身逻辑更新，才调用引擎更新接口。

接着，在步骤805中进行引擎渲染功能。

接着，在步骤806，判断是否接收到退出指令，若是则游戏退出，否则返回步骤803重新进行逻辑更新。所述退出包括但不限于客户端崩溃、客户端程序关闭等所有会导致游戏主循环中断的操作。

与现有技术相比，根据本发明的3D游戏引擎系统的优点在于：

1.根据本发明的3D游戏引擎系统可以实现跨平台的开发，省去游戏开发人员为各个不同操作系统平台分别进行处理的工作，使游戏开发人员更专注于核心逻辑。

2.根据本发明的3D游戏引擎系统具有完整的开发及编辑的工具链，使得负责美工开发的开发人员与程序开发人员可以在同一系统上操作，实现无缝对接，快速制作游戏原型。

3.根据本发明的3D游戏引擎系统具有强大的可扩展性与自定义性，基于插件的设计模式能够支持游戏开发人员自定义游戏引擎。

4.根据本发明的3D游戏引擎系统具有丰富的设置选项，使引擎开发的游戏支持最广泛的硬件水平。

5.根据本发明的3D游戏引擎系统可以实现高压缩比的资源压缩算法，大幅缩小游戏的客户端尺寸，便于用户的下载和游戏的分发传播。

根据本发明的3D游戏引擎系统，可以使游戏制作人员更高效的开发。基于插件的设计模式可以使开发人员随心所欲的根据自己的需求进行特殊定制和扩展。因此，根据本发明的3D游戏引擎系统相比现有游戏引擎系统具有更高效的性能，更宽的扩展空间，更强的功能，并且对自定义扩展支持得更为友好，尤其适合有一定经验的游戏研发人员使用，大大缩短了游戏的开发周期，使得开发效率大为提高。

所述附图仅为示意性的并且未按比例画出。虽然已经结合优选实施例对本发明进行了描述，但应当理解本发明的保护范围并不局限于这里所描述的实施例。

结合这里披露的本发明的说明和实践，本发明的其他实施例对于本领域技术人员都是易于想到和理解的。说明和实施例仅被认为是示例性的，本发明的真正范围和主旨均由权利要求所限定。

Claims (7)

1.一种用于开发3D游戏的游戏引擎系统，所述引擎系统包括基础模块、引擎模块、渲染插件模块和引擎扩展模块和引擎资源编辑器，其中，

所述基础模块通过封装与不同平台相关的各种常用函数，用于实现所述游戏引擎系统对不同开发平台的高层抽象，并用于将引擎上层模块及引擎使用人员与开发平台进行隔离，所述基础模块包括平台库、工具库、存储器子模块、数学库、串行化子模块和线程子模块；

其中，所述平台库中存储不同开发平台的信息；

所述工具库、存储器子模块、数学库、串行化子模块和线程子模块为游戏开发提供了常用的基础功能，目的为了统一平台的差异性；

所述基础模块中的所述存储器子模块、数学库、串行化子模块、线程子模块封装了各平台差异性的功能，作为底层模块供上层模块调用；

所述工具库封装如计时器、调试模块、字符串处理、路径处理的功能；

引擎模块用于提供交互式实时图像应用程序的核心组件，包含渲染模块，AI模块，物理模块，UI模块，音频模块，特效系统模块，资源管理模块，动画模块，脚本模块，日志模块，插件模块，以实现游戏场景和角色的渲染及模拟以及资源的管理和扩展；

所述渲染插件模块用于实现基于插件的渲染模块抽象，从而使引擎可以在不同的开发平台挂载与之匹配的渲染插件；

引擎扩展模块，用于以插件的方式提供对于不同游戏应用类型的支持；

引擎资源编辑器包括场景编辑器，特效编辑器，模型编辑器，材质编辑器，角色编辑器，技能编辑器，所述各个编辑器之间协同合作，以提供可扩展编辑的游戏美术资源及编辑游戏所使用的逻辑相关资源。

2.如权利要求1所述的游戏引擎系统，其中所述平台选自windowsphone平台、iOS平台、Android平台、MAC平台中的任意一种。

3.如权利要求1所述的游戏引擎系统，其中所述渲染插件模块支持OpenGLES,OpenGL,D3D,Metal多种渲染API。

4.一种用于通过客户端调用如权利要求1所述的游戏引擎系统的方法，所述方法包括如下步骤：

a)对所述游戏引擎系统进行初始化；

b)若引擎初始化成功，继续执行客户端逻辑相关初始化；

c)进入游戏逻辑主循环，逻辑主循环顺序执行逻辑更新；

d)进行引擎更新；

e)进行引擎渲染；

f)判断是否接收到退出指令，若是则退出，否则返回步骤c)重新进行逻辑更新。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述步骤a)中的引擎初始化包括创建引擎Root对象，定制内存管理器，以及根据平台特性定制渲染器。

6.如权利要求4所述的方法，其中所述逻辑更新包含客户端自己逻辑相关的更新，其中包含对引擎接口的调用。

7.如权利要求4所述的方法，其中所述退出包括客户端崩溃、客户端程序关闭等所有会导致游戏主循环中断的操作。