支队信息
团队名称：游戏引擎探索计划
超然属性：专业意识
活动日期：8.3-8.7
现代游戏的开发一般都依赖于游戏引擎技术。 游戏引擎一方面提供成熟的图形渲染技术，另一方面为开发者提供简单易用的操作方法，可以缩短图形理论研究和开发之间的时间。 实际使用的距离降低了游戏开发的门槛。
目前各大游戏公司往往都有自己开发的引擎。 此外，还有大量团队使用的Unreal Engine、Unity等商业引擎。 他们代表了发动机技术的最前沿。 但我们自己能制造出优秀的发动机吗？ 这其实和工业软件、芯片制造等类似，虽然理论上我们可以利用世界各地的技术，但如果不把它握在自己手里，我们就面临着被“卡住”的风险。
基于这样的背景，本团队希望首先调研全球领先的游戏引擎的技术特点和开发流程，并与底层硬件厂商对话，了解引擎所依赖的底层支持，进而调查自研的现状。国内团队研发的发动机。 我们希望充分了解国内发动机发展现状，进行总结，并形成相关报告、建议和宣传。
介绍
8月5日3D素材，我们对腾讯游戏北极光工作室群客户端技术总监安柏林以及步明科技公司多名成员进行了采访。 北极光工作室和步明科技都有独立开发的游戏引擎，我们也一直在重点探索这一点。 本文主要分为四个部分：
游戏引擎介绍
两家公司自主研发发动机的特点
内部发动机与商用发动机
游戏引擎的发展方向及决定因素
游戏引擎介绍
什么是游戏引擎
游戏引擎是允许游戏设计者轻松快速地创建游戏的程序。 这些程序为游戏设计者提供了编写游戏所需的工具，而无需从头开始。 大多数游戏引擎包括以下系统：渲染引擎、物理引擎、声音引擎、脚本引擎、网络引擎、动画系统、资源管理系统等。它们可以轻松地使游戏跨平台，节省大量的游戏开发成本，降低游戏开发成本。开发的复杂性、缩短游戏的上市时间，这些都是游戏行业竞争激烈的关键因素。
与制作电影的引擎的异同
游戏引擎和电影制作引擎的模块构成类似，两者最大的区别在于游戏的渲染需要实时性能。 电影渲染没有时间限制。 重点完全在于现实主义。 在大规模集群上渲染一帧通常需要几分钟的时间。 游戏需要用户交互，而用户操作会实时影响屏幕，所以一帧剩下的渲染时间往往只有几十毫秒甚至几毫秒。 要在这么短的时间内完成渲染，我们不可能使用高成本的渲染算法，所以在真实感方面自然是无法与电影相比的。 另外，一帧的渲染通常分为多个步骤。 帧中不同对象的渲染也可能使用不同的算法。 这些步骤和算法之间分配时间，效果和速度之间存在权衡。 这是一个好的游戏引擎必须考虑的事情。
在进入两家公司自研引擎的特点之前，我们不妨回顾一下Epic Games去年5月发布的震惊整个互联网的商业引擎Unreal 5的宣传视频。 从中我们可以看到，如今的游戏引擎能够实现实时渲染图像的真实感，以及一系列提高玩家游戏沉浸感和开发者工作效率的技术。
两家公司自主研发发动机的特点
北极光工作室 – QuickSilverX
影视级制作
首先我们通过视频来欣赏一下QuickSilverX渲染的游戏画面吧~
单击边框调出视频工具栏
北极光工作室技术总监安博林提到，QuickSilverX引擎最大的特点是采用影视级标准来制作游戏。 影视等级标准主要分为两个方面。 一是影视级画面，二是影视级工作流程。
影视级图片
随着计算机技术的发展，硬件的性能越来越强，这使得很多曾经只用于离线渲染的算法可以应用到实时渲染中。 因此，游戏画面的真实感也在不断增强。 目前，在很多场景下，都可以做到与影视级图像几乎相同，难以区分。 当然游戏引擎架构 第二版，除了硬件发展之外，引擎效率也是提升画面效果的重要因素。 说到这里，安总监提到，一个引擎最重要的就是优化（提高效率），而优化纯粹是靠苦功，靠的是内功和技术能力。 给引擎添加新功能往往是年轻员工甚至实习生的工作，而高级程序员（包括安总监本人）所做的就是优化。 优化需要对引擎的架构有深入的了解，这需要多年的经验。 安总监称这样的程序员为“精英程序员”，这样的程序员的价值是巨大的。
影视级工作流程
与影视级图形需要辛苦工作相比，影视级工作流程更多的是定义一个利用影视标准制作游戏的标准，并提供影视级数据。 举个例子，在游戏开发中我们会放置各种物体，每个物体都有自己的材质。 传统的游戏开发流程可能只是将物体放置在场景中，看起来不错就认为是成功的，而影视级的标准则需要对物体进行详细的测试，以确保其在不同角度和强度下保持正确。光（例如能量守恒），以便它可以包含在游戏的可用材料中。 另外还有动作捕捉、实景光采样等，电影行业有成熟的工艺，但游戏行业不太重视。 这些都是实现影视级工作流程需要改进的工作。 在这一点上，国内与世界先进水平还有一定差距。 目前，主流3A大作仍然主要在欧美制作。 以《战神》和《顽皮狗》两款经典游戏为例。 他们的开发团队位于洛杉矶，紧邻好莱坞。 他们的编剧、动作捕捉、特效师等往往是通用的，这在很大程度上保证了他们制作游戏所用的素材是影视级别的，高度真实，这也是我们需要学习的地方。
卜明科技——CHAOS混沌引擎
自研多核计算及网络游戏引擎
我们先通过一段游戏视频来欣赏一下CHAOS渲染的游戏画面。
CHAOS引擎开发于2011年，当时计算机的发展趋势已经从提高单核频率转向增加核心数量。 因此，CHAOS最初的设计是为了多核。 与Unity、Unreal等老牌商业引擎相比，CHAOS对于CPU的效率更高。 GPU利用率更高，对开发者更加友好。 开发人员不需要了解很多计算机工作原理就可以充分利用计算机性能。
另一方面氛围，步明科技的多位成员表示，他们相信未来网络游戏将成为主流，但目前还没有完整的服务器端引擎。 目前网络游戏开发有两种形式。 一种是编写客户端引擎，然后单独开发网络通信部分。 另一种是对引擎进行简单修改，以满足特定的通信需求。 CHAOS提供了引擎内集成的完整的客户端-服务器通信机制，可以应用于各种游戏，使游戏开发更加便捷。
CHAOS的这两个特点在《战争意志》这款游戏中得到了充分的展现。 游戏中，同屏独立单元的数量和场景的复杂程度都远远超过同时期的游戏。 另外，在玩法方面，《战魂》还拥有完善的网络通讯机制，可以支持15对15的多人对战，甚至是连接全服玩家的大世界玩法。
内部发动机与商用发动机
我们从第一个视频中也可以看到，虚幻引擎等商业引擎也能产生非常优秀的效果。 但目前游戏行业85%-90%的主导产品都是由自主开发的内部引擎制作的。 那么，从游戏开发的角度来看，商业引擎和自研引擎如何选择呢？
商用引擎的优势比较明显，就是门槛低、容易上手。 对于不具备自行开发引擎能力的中小型游戏工作室来说，商业引擎可以提供一套优质的工具链。 与商用发动机相比，内燃发动机需要大量的时间来开发发动机。 那么这样做有什么好处呢？ 核心原因是定制。
事实上，不同的游戏对引擎的要求是不同的。 如果你想达到最高标准，你必须专门为游戏定制引擎。 用安主任的比喻来说：就像一个只参加奥运会的运动员。 范围内的竞争。 这怎么理解呢？ 不同的游戏有不同的画面风格和玩法。 例如，《彩虹六号》有大量的物体破坏，《赛博朋克2077》有大量形状复杂的光源和来自《最终幻想》系列的漂亮角色。 在第一部分中，我们也提到游戏引擎必须为引擎的不同系统和不同屏幕内容分配极其有限的时间，并在质量和速度上做出权衡。 不同游戏的玩法和特点决定了每个游戏应该分配多少时间进行计算，这是只有自研引擎才能实现的定制要求。 内引擎可以实现局部的超额投入，把我们看重的核心技术做到最先进。 比如《彩虹六号》需要优秀的碰撞检测系统，《最终幻想》需要更先进的角色渲染模型和算法（尤其是头发部分，有很多解决方案，花的时间越多效果越好）。
另一方面，一款游戏的开发周期往往在三年左右，期间可能经常会出现新的想法。 实现这些想法可能需要对引擎进行调整，而内部引擎可以比商用引擎更快地进行深度定制，也更灵活。 。
分析到这里，如何选择商用发动机和内燃发动机就很明显了。 追求最佳效果的高端产品最好使用自产发动机，中低端产品则可以使用商用发动机。 高端产品使用内部引擎来制作游戏，不仅是为了最好的品质，也是为了推动引擎技术的发展。 研发过程中使用的新技术可能会逐渐转移到商用发动机上。
游戏引擎的发展方向及决定因素
引擎的开发首先要符合其所依赖的、实际运行大量计算的底层硬件平台的发展趋势。 安总监提到：NVIDIA推出的显卡是游戏引擎开发的标杆。 近年来发展迅速的RTX系列显卡提供了新的CUDA核心、光线追踪核心和Tensor核心。 这表明下一代发动机的技术也将需要改进。 与这些新硬件完全集成。 Northern Lights也与Nvidia有很多沟通，可以预先布局。
还有一些基于硬件的发展趋势：
- 并行化以提高发动机效率。
- 云化，比如把艺术资源做成图书馆。
- 人工智能驱动，利用人工智能优化工具流程。
其次，引擎的开发也必须符合未来游戏作品的发展趋势。 比如，未来云游戏、虚拟现实游戏会越来越多，这会对引擎提出新的要求。 此外，游戏的玩法也会不断进化。 游戏玩法也应该与引擎的核心技术有很强的联系。
第三点，也是能够极大拓展我们想象力的一点，就是游戏引擎的跨领域应用。 让我们从更密切相关的领域开始。 游戏引擎目前应用于一些电影的实际制作过程中，主要是利用实时渲染来预览画面。 一些要求不高的场景也可以直接使用实时渲染作为最终结果。 游戏引擎还将用于许多需要计算机辅助设计的行业，例如建筑。 D5公司在建筑设计中使用虚幻引擎，利用最新的光线追踪算法为建筑设计师提供高真实感的设计预览。
进一步拓展想象，除了渲染部分之外，游戏引擎的其他系统是否也可以有跨界应用呢？ 例如，在航空航天领域，我们经常需要模拟飞机或火箭在大气层中运动时的各种情况。 这时候如果我们能够利用游戏引擎的模拟功能在虚拟环境中进行测试，是不是可以大大降低成本呢？ 提高效率又如何呢？ 更一般意义上来说，在当今的数字化浪潮下，引擎可以帮助我们构建数字孪生世界，这将对我们的生产效率、生活质量等方面产生巨大影响！
最后游戏引擎架构 第二版，这是两人采访的网上照片。 感谢腾讯北极光工作室和步明科技为我们提供这次交流机会！
贡献者：游戏引擎探索设计实践支队
