[简化版 GAMES 104] 现代游戏引擎 01：从代码到世界：现代游戏引擎的恢弘史诗

[简化版 GAMES 104] 现代游戏引擎 01从代码到世界现代游戏引擎的恢弘史诗 序章皇冠之钻矩阵之基Bilibili 同步视频 一、宗师之路从求是园到邦吉传奇 求学岁月科研国家队的热血青春 转折时刻虚幻三引擎的震撼 赴美五年从算法到系统的蜕变 归国创业不明团队的初心 二、引擎价值不止于游戏更关乎未来 游戏引擎皇冠上的钻石 跨界应用虚拟技术渗透百业 虚拟数字人 影视行业⚔️ 军事仿真 数字孪生与自动驾驶 未来展望虚拟现实时代将至 三、引擎简史从红白机到次时代️ 洪荒时代红白机的黄金岁月 卡神创世John Carmack 与引擎诞生⚡ Quake 时代现代引擎雏形 硬件驱动算力二十万倍的飞跃 生态繁荣商业引擎与中间件 商业引擎群雄 开源引擎 中间件生态️ 四、引擎定义三层境界三重内涵 第一层构建黑客帝国的技术底座️ 第二层人类想象力的生产力工具 工具体系之庞大 协作生产力 第三层复杂性系统的艺术⏱️ 核心约束实时性Real-Time 认知纠正渲染只是冰山一角 五、课程规划Games104 的知识版图 课程策略沿主干道而行 课程模块全景️ 第一讲引擎基础架构 第二讲渲染系统Rendering 第三讲动画系统Animation⚖️ 第四讲物理系统Physics 第五讲游戏性架构Gameplay✨ 第六讲配套系统 第七讲工业化工具链 第八讲网络系统Online Gaming 第九讲前沿技术️ 配套资源 参考书籍 迷你引擎 作业政策 学习社区 六、答问精华智者之见 可视化编程是未来吗 原神联机是元宇宙吗 游戏引擎与 BIM 工程引擎 ECS 与 DOD 是何关系 终章创世之乐未来可期 序章皇冠之钻矩阵之基 代码千行织就星河万象算法万卷铸就虚拟乾坤。夫游戏引擎者计算机科学之皇冠钻石也集现代科技之大成汇前沿技术之精粹非止于娱乐之器实为未来虚拟世界之基石。若黑客帝国之幻境若头号玩家之绿洲皆由此出。今有 Games104 课程历二十余课时携诸君共探此人类智慧之奇迹领略代码构筑之神奇世界。Bilibili 同步视频[简化版 GAMES 104] 现代游戏引擎 01 从代码到世界现代游戏引擎的恢弘史诗 一、宗师之路从求是园到邦吉传奇 求学岁月科研国家队的热血青春 浙大 CADCG图形圣地清华微软科研先锋。主讲王希公本科求学于浙江大学 CADCG 实验室—— 此乃中国图形学之老牌圣地藏龙卧虎英才辈出。后入清华深造兼赴微软亚洲研究院。彼时热血沸腾青春激荡众科研少年被誉 “中国科研国家队”誓与斯坦福、MIT 比肩冲击顶级会议论文。小黑屋中焚膏继晷代码行间砥砺前行。此般岁月铸就信念中国人若肯用功亦能做出世界顶级之物 转折时刻虚幻三引擎的震撼 2004 年虚幻三横空出世次时代光影技惊四座。2004 年Unreal Engine 3面世整个行业为之震撼。次时代光影细节栩栩如生令人叹为观止。友人问曰“王希汝能做出此物否其中技术汝等会否”王希公观之暗忖算法吾等皆懂然何以做不出如此大型系统此一问如醍醐灌顶改变了他的职业轨迹。 赴美五年从算法到系统的蜕变 弃学术而入工业赴重洋以探真经。遂离研究院远赴重洋加入美国Bungie Studio。五年光阴参与四款大作《Halo 3》光环 3《Halo 3: ODST》光环 3地狱伞兵《Halo: Reach》光环致远星《Destiny》命运尤以最后三年参与下一代引擎研发亲历多核时代与联机游戏带来的架构革命。⚠️ 初到 Bungie前半年竟无法提交一行代码数百万行系统架构逻辑深邃非一朝一夕可窥其门径。Halo3 纪录片中犹有其镜头 —— 凌晨六点摄制组到岗见一人伏案而眠。问其故曰“吾之 Feature 尚未 Check In。” 此乃可交互水体系统堪称经典。 算法 Feature 到系统工程整整两年方得蜕变。 归国创业不明团队的初心 2011 年归国创不明团队聚华夏英才铸国产引擎。2011 年王希公毅然归国创立不明团队。其言曰中国聪明人多矣然无人愿聚而做复杂系统。算法六月可成论文系统一年或无所见。系统工程之训练乃真正稀缺之才。Games104 课程即其毕生所学之系统整理冀望更多青年才俊投身此道。 二、引擎价值不止于游戏更关乎未来 游戏引擎皇冠上的钻石 会用引擎者如驾车能造引擎者如造车。中国游戏用户数亿开发者数百万。会用 Unity、Unreal 者众然能自研引擎者寡。会用引擎 学会开车自研引擎 制造发动机越往核心人才越少。此乃行业金字塔之尖技术壁垒最高之处。 跨界应用虚拟技术渗透百业 虚拟数字人 MetaHuman 技术皮肤毛发逼真未来金融客服皆为虚拟形象。虚幻引擎之 MetaHuman3S 材质模拟皮肤毛发仿真惟妙惟肖。鹿鸣之美令人惊叹。未来支付宝、银行终端皆有虚拟人与君交互如随身助手。 影视行业 LED 巨幕虚景导演现场调光游戏引擎渲染告别离线农场。好莱坞以游戏引擎 巨型 LED 屏构建虚景拍摄。导演可现场调整光照布景区别于传统离线渲染农场。此乃影视工业之革命。⚔️ 军事仿真 各国军队训练皆赖引擎模拟战术战法演练身临其境逼真。世界各国皆以游戏引擎训练军队。步兵、坦克、战机皆需前沿引擎技术身临其境演练战术。现代化战争乃系统对系统之对抗。 数字孪生与自动驾驶 无人驾驶测试九成九在引擎雨雪路况模拟亿万公里可行。无人驾驶汽车99.9% 测试里程跑于游戏引擎中 —— 十亿公里实路测试人力物力皆不可及。雨雪天气、异常路况皆可模拟。车载人机交互界面亦全赖游戏引擎方有精美立体之效。 未来展望虚拟现实时代将至 未来十至二十年人人需知虚拟构建游戏引擎为基奠定时代基石。王希公断言未来十年至二十年人人皆需知晓虚拟世界之构建。而游戏引擎正是虚拟世界最重要之基石。 三、引擎简史从红白机到次时代️ 洪荒时代红白机的黄金岁月 四十 KB 空间藏无尽创意一图变色复用显巧思无限。视频游戏行业不过五十余年历史。红白机时代魂斗罗、马里奥童年经典。彼时无引擎概念游戏极简。核心能力乃如何将复杂元素塞入 40KB 存储空间。云彩变颜色落地即成草丛 ☁️→乌龟正反播宛若自行爬行 一人一年可做四款游戏创意野蛮生长如寒武纪生命大爆发。 卡神创世John Carmack 与引擎诞生 德军总部开 FPS 之先河DOOM 抽代码成引擎之祖。John Carmack人称 “卡神”乃游戏引擎教父级人物。至今仍为 Facebook Oculus 效力谦卑务实令人敬佩。第一款 FPS《Wolfenstein 3D》重返德军总部第一款引擎《DOOM》抽出核心代码授权 ShadowCaster商业成功世界上第一款游戏引擎第一款即商业成功⚡ Quake 时代现代引擎雏形 火箭跳开创玩法联网同步奠基显卡横空出世3D 时代来临。《Quake》雷神之锤经典对战游戏。火箭跳之技巧至今为人津津乐道。首款系统性研究网络同步之游戏。显卡问世图形运算与逻辑运算分离。向量运算、并行计算GPU 大展身手。Quake 抓住时代机遇打造第一代 3D 游戏震撼所有玩家。 晕 3D 者Quake 包你当场吐出来 硬件驱动算力二十万倍的飞跃 PS 到 PS5算力二十万倍代码百万行系统复杂度飙升。从 PlayStation 到 PS5PS1 算力0.06 GFLOPSPS5 算力10 TFLOPS算力提升20 万倍算力暴涨系统复杂度亦水涨船高。早期引擎极简现代动辄数百万乃至上千万行代码。算法密度之高令人咋舌。 生态繁荣商业引擎与中间件 商业引擎群雄Unreal Engine虚幻引擎Unity引擎CryEngineCrytek 引擎寒霜引擎战地系列开阔战场AnvilNext玉璧引擎刺客信条巴黎圣母院数字化Source引擎V 社 开源引擎GodotArmory多以轻量休闲、2D 为主 中间件生态物理引擎Havok、PhysX音效引擎Wwise、FMOD植被系统SpeedTree阿凡达外星星球 中间件公司最好的归宿被大厂收购️ 四、引擎定义三层境界三重内涵 第一层构建黑客帝国的技术底座 零一代码模拟大千世界图灵机变创造虚拟乾坤。王希公曰游戏引擎者构建黑客帝国之技术底层框架也。《黑客帝国》之问吾等是否生活于虚拟世界缸中之脑传感器模拟一切实在。过去三十年游戏引擎一直在做的事模拟虚拟世界。未来 VR 眼镜、触感皮肤普及之日人类或将无法区分虚拟与现实。 图灵机原理读写计算循环往复。以简单零一变化构建复杂世界挑战何其大也多人联机更甚每台电脑运行独立宇宙信息传递让各宇宙尽可能一致。此等复杂度非一言可尽。️ 第二层人类想象力的生产力工具 心中所想皆可化为虚拟创意所至无不能成现实。游戏引擎者创意与想象力之生产力工具也。昔者想象止于书本、绘画、电影。今者引擎在手可身临其境创造世界数英里高之巨型建筑 ️从未存在之外星星球 然引擎之用户非仅程序员 ——最大用户乃设计师与艺术家 工具体系之庞大角色编辑器动画师编辑角色动画、行为、布料模拟关卡编辑器关卡设计师搭建山川河流玩法编辑器设计师设计游戏规则AI 编辑器设计智能体行为 做引擎首先要学会做工具工具的用户不是程序员而是艺术家与设计师。 协作生产力百人团队二三十种分工程序、贴图、建模、动画、环境、气氛、过场…… 各有所长如何协作引擎工具链至关重要。 引擎团队之姿态服务好美术与策划虽做引擎极难然心态须放低 ——吾等乃工具人服务创作者是也。 第三层复杂性系统的艺术 飞行中换引擎零件渐次更新飞机不可坠落此乃引擎之难。引擎者复杂性系统之艺术也。不存在完美紧致之架构皆为妥协与决策之结果。 推荐《The Complexity of Systems》—— 系统复杂之美。最难者技术升级而旧资产、旧逻辑必须兼容。行业名言✈️在飞行的飞机上逐步更换所有零部件甚至更换引擎而飞机不能坠落。⏱️ 核心约束实时性Real-Time 三十三毫秒一帧算法再炫无效十五毫秒六十帧每个系统一毫。上帝有无限算力、无限带宽、无限存储可用暴力算法。人类计算机则不然CPU 主频已近摩尔定律上限内存硬盘有限带宽瓶颈网络延迟更可怕者实时性30 帧 → 33 毫秒 / 帧60 帧 → 16 毫秒 / 帧 ⚡每个子系统衣料、水体、爆炸仅能分配 1-2 毫秒。算法再精妙不能实时运行等于无效。Real-Time引擎设计最核心之边界条件。 认知纠正渲染只是冰山一角 图形学只占一成引擎九成在其外以为会渲染即会引擎大谬也。《Game Engine Architecture》有云图形学仅占引擎之一小部分。王希公自嘲本科研究生皆研图形学自以为尚可然做引擎后又花十五年学习其余知识体系。❌ “我会渲染所以我能做引擎”——NO✅ 你还要学另外百分之九十的知识 五、课程规划Games104 的知识版图 课程策略沿主干道而行 珠峰峰顶云遮雾绕只择主干道攀登旁支点到为止体系先入为主。二十课时如何带入此浩瀚世界策略只沿主干道行进。️游戏引擎如珠峰云遮雾绕。左路右路皆可通然我们只择一条主干道一路向上。其余点到为止不展开。 核心目标建立现代游戏引擎知识体系框架。如大学教育不教具体做事而教正确做事之方法论。未来遇挑战知去何处翻书。 课程模块全景️ 第一讲引擎基础架构引擎分层设计硬件平台虚拟化MVVM 设计模式Update/Tick 函数阅读引擎代码之入口 剧透打开任何引擎代码先找update函数从此处入手顺藤摸瓜可解乱麻。 第二讲渲染系统Rendering前向渲染 vs 延迟渲染透明物体渲染难题SRP 自定义渲染管线卡通化渲染 不学图形学亦可听重点不在算法而在如何将各种算法组织成管线Fit in 30 毫秒。 第三讲动画系统Animation动画融合树Blend Tree走跑切换、受击反馈IK 反向动力学空手接白刃设计师可视化工具 核心如何将动画素材变成可玩的交互体验。⚖️ 第四讲物理系统Physics碰撞体简化球、胶囊、长方体刚体力学模拟布料、流体、毛发物理表达与渲染表达之孪生世界 为什么墙炸不烂因为只有碰撞体没有破坏系统别怪策划技术限制。 第五讲游戏性架构Gameplay事件系统脚本系统图形化逻辑表达规则体系之构建 现代游戏本质 规则体系。连线图也是编程Steve Jobs 曰人人都应学编程 —— 编程非敲代码乃构建逻辑。✨ 第六讲配套系统特效系统艺术家创造无限可能寻路系统AI 如何认知世界相机 / 3C 系统枪感、镜头感的奥秘 第七讲工业化工具链反射体系高能预警数据格式版本兼容百千工具互联互通⚠️ 此趴对 C 基础要求较高然尽量讲人话。 第八讲网络系统Online Gaming状态同步 vs 帧同步平行宇宙之信息沟通延迟与补偿 为什么你觉得打中了却没伤害—— 网络同步问题服务器端内容之深可再写一本同等厚度之书。 第九讲前沿技术Motion Matching检索 深度学习角色活灵活现PCG 程序化生成开放世界的救星自动生成城市植被DOD 面向数据编程ECS 实体组件系统Job System 多线程任务系统榨干多核算力虚幻 5 黑科技Lumen 全局光照、Nanite 纳米几何 Games104 精神将高深技术平民化️ 配套资源 参考书籍《Game Engine Architecture》游戏引擎架构推荐第三版中文版第四版暂无中文版 王希公架构引擎时亦以此书为参考。 迷你引擎课程团队纯 C 语言编写迷你引擎麻雀虽小五脏俱全基本编辑功能动画系统小型物理引擎状态机规则定义 目标跟着课程完成小型联网对战游戏 作业政策原则上不布置作业每节课可选小练习约一两百行代码助教提供反馈帮助通识课定位听课程即可获概念 学习社区课程官网课件、视频BBS 论坛QA 答疑微信公众号社群讨论共创官计划共同完善课程 六、答问精华智者之见 可视化编程是未来吗YES创意最珍贵且是民主的。七八岁孩童之想象亦精彩绝伦。做引擎者须有觉悟提供工具让人人皆可构建心中世界。 原神联机是元宇宙吗距离元宇宙尚远。数千上万人同场景互动渲染、同步、规则挑战巨大。此乃现代引擎仍在突破之方向需未来十至二十年共同努力。 游戏引擎与 BIM 工程引擎底层概念相通。BIM、WebGear 等专业引擎各有领域定制然架构逻辑、编辑创作之挑战与游戏引擎如出一辙。游戏引擎市场竞争充分前沿理论多学游戏引擎对工程引擎研发助益甚大。 ECS 与 DOD 是何关系ECS实体组件系统对象组织模型DOD面向数据编程数据组织方法ECS 为高性能而生而 DOD 是实现高性能之数据排布方式。二者关系密切高级课详讲。 终章创世之乐未来可期 定义世界规则如上帝造物按下运行按钮看世界诞生。王希公曰做游戏引擎之乐如上帝一般 ——定义世界最基础之规则按下按钮计算机疯跑之时世界真的出现在眼前。此种创造之快乐非言语可形容。未来之世界必是充满想象、充满直觉之世界。下一代人机交互界面必是 3D 身临其境之体验。而游戏引擎将是此时代最重要之基础软件。愿与诸君共赴此伟大旅程构建虚拟世界创造无限可能。Games104我们启程 Games104・现代游戏引擎理论与实践 —— 王希 主讲 ——本文基于 Games104 开篇课内容整理创作骈文化表达以飨读者。 欢迎在评论区交流你对游戏引擎的看法 关注我后续更新更多课程笔记与技术干货#CSDN #游戏引擎 #Games104 #王希 #图形学 #虚拟现实 #元宇宙 #Unreal #Unity #游戏开发 #技术博客