从零开始搭建个人游戏引擎，PG电子游戏开发指南pg电子游戏搭建

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随着个人电脑技术的不断发展，越来越多的人开始尝试自己搭建一个游戏引擎，以满足自己的创作需求，搭建一个个人游戏引擎不仅可以帮助你更好地理解游戏开发的原理，还能让你开发出独一无二的游戏项目，本文将为你详细介绍如何从零开始搭建一个个人游戏引擎,涵盖从引擎架构设计到图形渲染的全过程。

引擎架构设计

选择开发平台

搭建游戏引擎的第一步是选择开发平台,你可以根据自己的需求和技能选择以下几种方式之一：

• 图形API：使用DirectX（Windows）或OpenGL（跨平台）等图形API，这些API提供了底层的图形渲染接口,适合图形密集型游戏。
• 游戏引擎框架：使用现有的游戏引擎框架，如Unity、Unreal Engine、libgdx等，这些框架已经包含了大量现成的代码,可以快速上手。
• 自定义引擎：如果你有一定的编程基础，可以选择搭建一个自定义引擎,从头开始实现所有的功能模块。

确定引擎功能模块

一个完整的游戏引擎通常包含以下几个功能模块：

• 数学库：包括向量、矩阵、光线追踪等数学工具,是游戏引擎的基础。
• 物理引擎：用于模拟物体的运动、碰撞和物理效果。
• 渲染系统：包括图形API的调用、场景管理、光照效果等。
• 输入处理：用于处理玩家的输入，如键盘、鼠标、 Joy stick 等。
• 脚本系统：用于编写游戏逻辑代码，如事件驱动系统、非Player Characters（NPC）行为控制等。

设计引擎架构

在开始编码之前，先设计一个清晰的引擎架构,引擎架构应该包括以下几个部分：

• 核心模块：数学库、物理引擎、渲染系统、输入处理模块。
• 扩展模块：脚本系统、调试工具、配置管理等。
• 数据结构：定义必要的数据结构，如场景树、物体列表、光线束等。

编写基础代码

根据设计的架构，开始编写基础代码,游戏引擎的开发可以分为以下几个阶段：

• 数学库的实现：实现向量、矩阵、光线、平面等基础数学工具的类和函数,这些工具将被广泛用于后续的物理引擎和渲染系统中。
• 物理引擎的实现：实现刚体动力学、碰撞检测、刚体运动等物理引擎的核心功能，物理引擎是游戏引擎的核心部分,直接影响游戏的运行效果。
• 渲染系统的开发：根据选择的图形API，实现渲染系统的功能，包括绘制场景中的物体、处理光照效果、实现阴影渲染等。
• 输入处理模块的开发：实现对键盘、鼠标、 Joy stick 等输入设备的处理逻辑，确保游戏 controls 的正常运行。
• 脚本系统的设计与实现：根据需要设计脚本系统，如事件驱动脚本、非Player Characters 脚本等,脚本系统将极大地提升游戏的可玩性和维护性。

游戏数学

向量与矩阵

向量和矩阵是游戏数学的基础，向量用于表示位置、方向和速度，而矩阵用于表示变换（如平移、旋转、缩放）,掌握向量和矩阵的基本操作是开发游戏引擎的必要技能。

光线追踪

光线追踪是一种常用的渲染技术，用于实现3D场景中的光照效果和阴影渲染，光线追踪的核心思想是模拟光线在场景中的传播,从而生成逼真的图像。

三维几何

三维几何是游戏引擎中图形渲染的核心，包括点、线、面的几何运算,以及三维物体的变换和投影。

线性代数

线性代数是游戏数学的重要组成部分，包括矩阵、行列式、特征值等概念,这些知识将被广泛应用于游戏引擎的开发中。

物理引擎

刚体动力学

刚体动力学是物理引擎的核心部分，包括刚体的运动学和动力学，用于模拟物体的平移、旋转以及碰撞响应。

碰撞检测

碰撞检测是物理引擎的关键功能之一，包括轴对齐 bounding box（AABB）检测、圆形检测、平面检测等,用于检测物体之间的碰撞。

碰撞响应

碰撞响应是物理引擎的另一个核心功能，包括法线碰撞响应、动量守恒等,用于模拟物体在碰撞后的运动和变形。

刚体动力学模拟

刚体动力学模拟包括刚体的运动学和动力学，用于模拟物体的平移、旋转以及碰撞响应。

图形渲染

图形API

图形API是游戏引擎的核心部分，包括DirectX和OpenGL等图形API的使用,用于实现图形渲染。

渲染系统

渲染系统是游戏引擎的另一个核心部分，包括场景管理、光照效果、阴影渲染等,用于生成最终的渲染结果。

光栅化

光栅化是图形渲染的重要步骤，包括将3D场景中的物体转换为2D图像,实现图形的渲染。

灯光效果

灯光效果是游戏渲染中的重要部分，包括点灯、面灯、聚光灯等,用于模拟真实环境中的光照效果。

调试与优化

调试工具

调试工具是游戏开发中不可或缺的一部分，包括调试断点、调试日志、调试插件等,用于定位和修复代码中的错误。

优化技巧

优化技巧是游戏引擎开发中需要掌握的技能，包括代码优化、图形优化、物理引擎优化等,用于提升游戏的运行效率和性能。

游戏日志

游戏日志是游戏开发中常用的工具，包括日志记录、日志分析、日志输出等,用于跟踪游戏的运行状态。