游戏引擎的进化史——从手工编码到超真实画面和人工智能

现代具有逼真图形和令人信服的物理效果的游戏，是几十年技术发展的结晶。每一款游戏的核心都是一款游戏引擎——一个将杂乱的代码转化为强大且灵活的功能的工具。让我们看看这个行业是如何从手工制作过渡到了尖端技术的，以及这种转变如何影响了整个行业。

在70年代和80年代初，游戏开发非常亲力亲为。每一行代码都与特定硬件紧密相连，也没有任何自动化。

• Pong（Atari，1972）是一款简单的网球模拟游戏，图形非常简单。代码直接运行硬件。
• 太空侵略者（Taito，1978）是一款用汇编语言编写的游戏。开发者手动设置了敌人的行为。
• 吃豆人（Namco，1980），首次引入简单动画，使游戏玩法变得更加动态。

这种方法让开发变得很慢，同时也限制了项目的复杂程度。任天堂尝试为《超级马里奥兄弟》等游戏开发内部工具，然而，直到1985年，这些工具仍然未能成为完整的引擎。

随着计算资源的增加以及3D图形的引入，很明显，行业需要一些标准化的工具。第一批游戏引擎通过自动执行关键任务，比如图形渲染、物理引擎和控制，来帮助解决问题。

90年代的主要游戏引擎包括：

id Tech 1 — Doom，1993。Id Software的John Carmack提出了将引擎与内容分离这一革命性的想法。这使得使用简单的工具创建关卡成为可能，而引擎则负责图形、物理以及物体之间的互动。正是这种设计让Doom实现了突破：它的伪3D环境、纹理和动态光照给玩家带来了深刻的印象。

Build引擎 — 1996年《毁灭公爵3D》。该引擎让开发者能创建更复杂和互动的地图。游戏中有可破坏的环境和动画，以及能对玩家行为作出反应的元素。地图的几何细节变得更加丰富，让游戏体验更动感和刺激。

虚幻引擎1 — Epic游戏公司，1998年。首个支持动态光照和高分辨率纹理的跨平台引擎。虚幻引擎提供了一系列强大的图形工具，并通过许可证授权给其他开发者。这使得它在商业上大获成功，并受到开发工作室的热烈欢迎。

90年代游戏产业的主要进步在于模块化开发。游戏开发团队可以并行工作，互不干扰：设计师设计关卡，美术师绘制纹理，程序员调整游戏代码。

在2000年代，游戏引擎变得至关重要。电脑和游戏机的普及使得大型复杂世界得以实现，引擎通过自动化主要流程来简化开发。游戏变得更加逼真和丰富，开发它们也变得更加迅速和经济。

21世纪初期的一些重要的游戏引擎包括：

id Tech 3 — 《雷神之鎚III：地狱危城》，1999年。这个引擎引入了着色器来决定了光、阴影和纹理在屏幕上的呈现效果。这为游戏提供了逼真的表面和光照效果。动态光照变得尤为重要，为游戏场景增添了层次感和氛围。id Tech 3 成为了2000年代初大部分游戏的基础引擎。

CryEngine —《孤矢奇兵》（Far Cry），2004年发布，这款引擎在图形上取得了重大突破，提供了几乎真实的水面效果、光照以及广阔的开放空间。

Unreal Engine 3 — 2006年的《战争机器》。该引擎因其以下创新成为2000年代中期的关键技术之一，特别是在2006年。

• PhysX，一种来自NVIDIA的物理技术，提供了逼真的破坏效果、碰撞和物体行为。
• PBR，基于物理的渲染技术，使材料和纹理在不同光照下显得更真实。
• Blueprints，一个视觉编程系统，允许开发者无需编写代码即可创建游戏逻辑。

2005年Unity的诞生对独立开发者来说是一个突破。该引擎免费，支持跨平台开发，非常适合开发移动游戏。

到了2010年代，游戏开发不再被大型工作室的主导地位所主导。原本只有大型项目才能使用的一些工具，现在变得开放，让小型团队和独立开发者也能使用。游戏引擎简化了游戏的开发流程，让创意团队们能够专注于想法和设计，而不是技术细节的处理。

在2010年代，一些常用的游戏引擎包括：

• Unity 在独立项目中一直占据领先位置，得益于其简单性和对所有平台的支持。其中包括了一些游戏，比如《空洞骑士》（2017年发布）、《茶杯头》（2017年发布）和《Among Us》（2018年发布）。
• Unreal Engine 4 在 2014 年，增加了对 AAA 技术的支持，如 PBR、蓝图、VR 和 PhysX。
• Godot 是一个免费且轻量级的开源 2D 游戏引擎，非常受独立开发者欢迎。

2010年代的游戏开发引擎简化了游戏开发流程，使小型团队也能获得与大型工作室同等级别的工具。

图形效果达到了与电影 CGI 相似的水平，人工智能让创建和优化游戏世界变得更加简单。开发人员得到了用于构建复杂场景和自动处理常规任务的工具，从而节省了时间和资源。

2022年，Epic Games发布了Unreal Engine 5 — 一个革新了图形和性能的引擎。它引入了如下技术：

• Nanite — 一种虚拟几何技术。它能够实现在不牺牲性能的前提下，使用数十亿个多边形进行3D建模工作。开发人员不再需要花费数周的时间来简化模型——引擎会自动调整模型，以达到最佳性能。
• Lumen 是一个实时全局光照系统。游戏中光线会动态变化：移动光源后，场景会立即更新。这为实现实时的光照提供了可能，而无需手动调整。
• The Matrix Awakens Demo 展示了未来游戏可能的面貌——逼真的城市、实时光照和角色和物体的惊人细节。

现在，AI 在游戏行业中已经成为一个关键工具了。

AI带来了哪些以下几点：

• 自动化 — AI 生成纹理、动画和整个关卡。
• 程序化生成 — 机器学习算法创建大型游戏世界和动态动画，并根据项目需求自适应。
• 测试 — AI 帮助你发现 bug 并测试你的关卡，这使你能够更快地修复 bug 并发布最终成品。

今天的引擎让游戏开发变得更简单，节省了时间和金钱，使得小型团队也能跟大型工作室一决高下。有了这些技术的帮助，游戏开发变得更为灵活且更加亲民。

硬件变得更加强大。 让逼真的世界成为可能。着色器、光线追踪和DLSS有助于让光照和纹理在今天的设备上看起来更真实，并且运行速度更快。

物理模拟变得更加逼真。 Havok和PhysX等技术让开发者不必手动设定物体的行为。破坏、重力和碰撞开始显得自然且可预测。

渲染将图形提升到了一个全新的层次。 PBR、Nanite 和 Lumen 系统使得游戏展示逼真的材质和光照。现在的图形看起来栩栩如生，并能动态地响应场景变化。

AI的发展速度加快了。 人工智能已经自动化了常规任务。它生成纹理、动画以及整个关卡，节省了团队的时间和资源。开发者现在可以更专注于游戏创意设计。

游戏已经变得跨平台了。 像 Unity 和 Unreal Engine 这样的游戏引擎使得游戏更容易跨平台，从 PC、手机、游戏主机到 VR 设备。一个项目可以同时适应多个平台，而不会增加太多成本和复杂性。

云技术让游戏更易获取。 即使是性能较低的设备，也能流畅运行大型游戏。工作室利用服务器进行复杂运算和渲染，从而加快了开发速度并提高了游戏性能。

游戏引擎改变了这个行业——它们简化了游戏开发过程，使图形更加逼真，并为各水平的开发者提供了更多机会。由于强大的硬件、自动化和新技术，游戏质量提高了，开发速度加快，成本降低。

你觉得游戏开发领域未来会是什么样子？