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24 十二月 2010
22 十一月 2011

3D 遊戲引擎發展歷史 (下)

11.再接再厲―Unreal2引擎

Unreal引擎一炮打響,EPIC又再接再厲推出了Unreal2引擎。相比第一代Unreal引擎,Unreal2的全部代碼幾乎重寫,並集成了最新的編輯器。隨著遊戲開發的需要,遊戲引擎的內涵也在不斷擴大,Unreal2引擎擁有了更多的功能。


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《Unreal 2》虛幻2的畫面

當時物理加速技術已然成形,Unreal2引擎便集成了Karma 物理加速技術開發包,引擎中的物理效果得以增強,並且開始支持XBOX、PS2等主機平台。Unreal2引擎期間有過一次小幅升級,被稱為UE2.5,渲染性能有了一定提高。

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這張Unreal 2的看起來更漂亮一些

 

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有了第一代引擎的鋪墊,採用Unreal2及其升級型引擎的遊戲製作數量也大幅提高,其中的知名遊戲包括《湯姆?克蘭西之細胞分裂2:明日潘多拉》、《部落:復仇者》、《越戰英豪》、《天堂2》、《殺手13》、《彩虹六號:雅典娜之劍》、《荒野大鏢客》、《虛幻競技場2003》、《手足兄弟連》等等。

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《天堂2》的畫質在當時的網遊中可以說是傲視群雄

12.功成名就―Unreal3引擎

到了DX9時代,EPIC公司的Unreal2引擎便跟不上時代了,急需一款性能更強大、靈活性更高的新時代引擎,這便是EPIC當前的主力幹將―Unreal3引擎。融合了眾多新技術、新特性的Unreal3也是當前使用最廣泛的虛幻引擎之一,在主機、單機網遊全面開花。


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虛幻競技場3驚豔亮相

Unreal3支持64位HDRR高精度動態渲染、多種類光照和高級動態陰影特效,可以在低多邊形數量(通常在5000-15000多邊形)的模型實現通常數百萬個多邊形模型才有的高渲染精度,這樣就可以用最低的計算資源做到極高畫質。Unreal3引擎還提供了強大的編輯工具,讓開發人員隨意調用遊戲對象,真正做到所見即所得。

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虛幻3引擎中支持PhysX物理特效的場景

Unreal3引擎之中還集成了許多現成的遊戲技術,包括PhysX物理引擎、SpeedTree植被引擎、EAX5.0音效引擎、AI引擎等,其中的PhysX物理加速技術是NVIDIA公司力推的,在PhysX遊戲中會擁有更好的效果。 
優秀的畫質表現、適中的顯卡要求、強大的自定義工具和一站式配套開發使得Unreal具備了各個平台各種遊戲的適應性,所以自問世以來,已經有越來越多的遊戲採用Unreal3引擎,勢頭直追當前的Quake/DOOM引擎。

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虛幻3引擎打造的《戰爭機器》不論遊戲還是畫面都堪稱大作

在採用Unreal3引擎的遊戲中,《生化危機》、《Alpha Protocol》、《戰爭機器》、《榮譽勛章:空降神兵》、《槍神》、《質量效應》、《鏡之邊緣》都是知名大作,尤其是《戰爭機器》一度創下PC遊戲的畫質神話。

 

13.《F.E.A.R》的核心―LithTech引擎

整個90年代,遊戲引擎的光芒似乎成了Id和EPIC的專利,其餘的公司都被這兩大巨頭所掩蓋了,其實當時仍然有不少引擎精品,Monolith公司的LithTech引擎便是一例。


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《Shogo》升剛使用的便是LithTech最早的引擎

1998年,Monolith推出了新款遊戲《Shogo:Mobile Armor Division》,這是一款結合了日本卡通的FPS遊戲,使用的引擎便是LithTech。這款引擎耗費了Monolith公司五年的時間,花費超過700萬美元,如此高的代價也迫使公司改名為LithTech,業務範圍也轉向LithTech引擎授權以圖收回高昂的開發成本。 

採用LithTech第一代引擎製作的遊戲包括《血兆2》和《清醒》(Sanity)等。2000年LithTech公司推出了引擎的2.0版本和2.5版本,加入了骨骼動畫和高級地形系統,LithTech 3.0則衍生出了“木星”(Jupiter)、“鷹爪”(Talon)、“深藍”(Cobalt)和“探索”(Discovery)四大系統,其中“鷹爪”被用於開發《異形大戰掠奪者2》(Alien Vs. Predator 2),“木星”將用於《無人永生2》的開發,“深藍”用於開發PS2版《無人永生》。

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《F.E.A.R》中借助LithTech引擎實現了多種遊戲效果

應用LithTech引擎最出色的當屬05年推出的《F.E.A.R》,改良的LithTech引擎為這款遊戲帶來了細緻的縱深場景刻畫,全屏抗鋸齒、實時光影效果都表現完美,而在今年上半年推出的《F.E.A.R2:起源計劃》 中,LithTech引擎又加入了HDR渲染、動態模糊、後期處理、屏幕空間環境光遮蔽(SSAO)等最新畫質效果,也增強了物理和人工智能,還完善了對雙核處理器的支持。 

當然,LithTech引擎也非完美,雖然引擎本身繼承了Havok物理加速,但是遊戲中的物理效果一般,表現比較生硬,不過瑕不掩瑜,LithTech引擎性能已經好強大,LithTech公司的服務也非常詳盡,購買者可免費升級,而且授權費用僅有25萬美元(現在的價格未知),很適合中小型遊戲開發公司。 

14.Source引擎一戰成名

Valve公司的《Half Life》使用的是Quake/Quake II引擎,當他們開發續作《Half Life2》之時,Quake引擎已經略顯老態,於是他們決定自己開發遊戲引擎,這也成就了另一款知名的引擎―Source引擎。


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《Half Life2》系列使用的都是Source引擎

與Unreal引擎一樣,Source也不是一款簡單的3D引擎,它同樣包括了3D圖像渲染、材質系統、AI人工智能計算、Havok物理引擎、遊戲界面、遊戲聲效等各個組件,而且創造性地使用了模塊化理念,結合Vavlve公司的Stream平台,遊戲引擎的修改和升級都非常簡單,這也使得Source引擎可以長盛不衰,至今依是主流引擎之一。

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Valve自家的遊戲大都使用的是Source引擎

Source引擎最讓人驚嘆的特效當屬豐富的人物表情。人的面部有42塊肌肉,可以做出許多不同種類的表情,喜怒哀樂愁不一而足,要想在遊戲中實現擬人化的表情絕非易事。為此,Valve專門開發了一套面部肌肉模擬系統,這套系統中包含了一系列預先設定的表情腳本,能控制角色面肌肉群產生相應的面部動畫,並進行相加/混合/插值運算以創建現實生活中所見的自然真實的角色表情。 

同時,為了與表情配合,Valve公司還創建了一套基於文本文件的半自動聲音識別系統(VRS)。Source引擎製作的遊戲可以利用VRS系統在角色說話時調用事先設計好的單詞口形,再配合表情系統實現精確的發音口形。

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Source引擎的面部表情非常傳神

Source引擎全面應用於Valve自家的遊戲領域,《Half life2》三部曲,《CS:Source》、,還有現在的《Left 4 Dead》系列。自家領地之外也是遍地開花,《勝利之日:起源》、《吸血鬼》、《軍團要塞2》、《SiN Episodes》等多款遊戲都授權使用了Source引擎。 

15.CryENGINE引擎驚豔亮相

在DOOM3和半條命2的同時代,育碧公司利用德國一家公司利開發的CryENGINE引擎做出了另一款畫面堪稱鬼神級的遊戲―《FarCry》(孤島驚魂),遊戲一推出,就贏得了大片讚嘆之聲。


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《孤島驚魂》的畫質達到了當時的巔峰

CryENGINE引擎的開發者是德國的CryTek,當時名不見經傳,在遊戲引擎開發上屬於新生代,但是第一次出手就表現不凡。CryENGINE引擎使用了“PolyBump”特效,利用很少的多邊形做出了大量多邊形才能實現的遊戲效果,遊戲中的動態光影效果也非常出色。

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CryENGINE引擎打造的畫面即使現在看起來也很高

CryENGINE引擎還HDR高動態壓縮、3Dc等技術,後期還通過patch補丁升級了SM3.0支持,畫面又有所增強。 

《孤島驚魂》作為CryTek公司初出茅廬之作,展示技術實力的目的是達到了,但是引擎授權方面並不算成功,除了《FarCry》在主機平台的幾款遊戲之外,僅有NC Soft購買了授權用在自家的網遊上,這款網遊也正是現在火爆的《永恆之塔》(AION)。

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《永恆之塔》的高畫質便得益於CryENGINE引擎的超強表現

雖然第一代引擎出師不利,但是CryTek的CryENGINE2引擎在DX10時代締造了另一個畫質新高,那就是著名的顯卡危機―《Crysis》(孤島危機)。 

16.DX10時代最強畫質代表―CryENGINE2引擎

06年底,隨著Vista的發布,遊戲進入了DX10時代,NVIDIA和AMD也都先後發佈了各自的DX10顯卡,新一代引擎大戰也正式開始。這期間,CryTek沒有搶到首發DX10遊戲引擎,但CryENGINE引擎的《Crysis》奪得了最強DX10畫質大旗,並保持至今。


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DX10畫質最強音―CryENGINE2引擎

CryENGINE2在一代基礎上大幅強化,全面支持DX9中的SM2.0/3.0和DX10中的SM4.0,引擎完整涵蓋了遊戲開發中的3D圖像、遊戲音效、AI人工智能、物理效果、腳本系統、動畫系統、編輯器等,可為遊戲開發者提供強大的可視化開發環境,此外CryENGINE2還支持64位系統,多核心多線程處理。

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MOD愛好者製作的Crysis高清MOD包

有關《Crysis》的具體畫質有多強,網上有很多相關資料,而《Crysis》的要求有多高,我們的評測欄目頁有很多,迄今為止的單卡還沒有能在高分辨率下的Very High級別流暢運行。也正是由於CryENGINE2引擎非常強的畫質和可定製性,CryENGINE引擎現在也成了MOD玩家DIY的最佳工具。我們網站也報導過了許多高清MOD作品(連接在此:一、二),其中的一些畫面幾乎可以達到以假亂真的地步。 

CryENGINE2引擎相比前代的境遇要好多了,除了CryTek自家的《Crysis》、《Crysis:Warhead》使用之外,卡通風格的《布魯克林商人》、《Forged by Chaos》(混沌試煉)、《Blue Mars》(藍色火星)、韓國網遊《The Day》等多款遊戲都獲得了CryENGINE2引擎授權。 

成也蕭何敗也蕭何,CryENGINE2引擎的高畫質高要求使得主機平台承受不起,以致於下一代CryENGINE3引擎不得不降低要求以適應主機平台(當然,CryTek公司是不會承認這一點的,他們只是在優化而已),還好CryTek保證PC平台的畫質會再創新高,至於CryENGINE3引擎的到底能否再次讓我們經歷一次顯卡危機,也許要等到2010年或2011年遊戲上市正式才能揭曉了。

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CryENGINE 3引擎或許會再一次上演顯卡危機

17.其他優秀引擎簡介

上面著重介紹的都是最為知名的幾款遊戲引擎,尤以Id、EPIC、Valve、CryTek這幾家的Id Tech、Unreal、Source、CryENGINE為主。當然,在這幾家巨頭之外,不少遊戲公司推出的引擎雖不一定能四處開花,但是在各自的領域也是十分的精彩。 

另一款強調痛快殺戮的《Serious sam》(《英雄薩姆》)改採用的Serious引擎非常值得一提。《英雄薩姆》遊戲擁有極大的地圖視野,即是你面對蜂擁而至的千軍萬馬也絲毫沒有遲滯感,這與其他遊戲在大場景處理中表現不足形成強烈的反差。Serious引擎隨著《英雄薩姆》系列遊戲也在不斷演進,最近的Serious Engine3支持多核心HDR渲染,支持全面的像素光照效果和陰影技術(包括陰影緩衝),同時帶有多線程設計的物理引擎,可以在多核心系統上提供更好性能,並且提供真實的互動效果,宣稱整體效果可與虛幻3相媲美。


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《Max Payne》(《馬克思佩恩》)的MAX-FX引擎來頭更大,之所以這麼說,是因為早期的3Dmark測試軟件所用的引擎就是Max-FX,直到3Dmark03中才由Futuremark自己開發測試內核t替代了MAX-FX引擎。MAX-FX是第一款支持輻射光渲染(Radiosity Lighting)技術的遊戲引擎,可以根據物體的屬性準確計算出每個點的折射和反射率,光線傳播更符合真實情況,所營造的遊戲效果也更自然。引擎的另一個特色則是子彈時間(Bulet Time),玩家可以在遊戲中再現黑客帝國中躲避子彈的場景了。

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《超級房車賽:GRID》在去年大出風頭,影響甚至超過了《極品飛車12》,它所使用的正是EGO引擎。這款引擎是由CODEMASTERS和SCE使用SONY的PHYREENGINE跨平台圖像引擎共同開發的,最早出現于于《科林邁克拉林:DIRT》中,現在使用的EGO是改良過的。EGO引擎主要使用在賽車類遊戲中,除了《GRID》之外,《F1 2009》《科林邁克拉林:DIRT2》都使用EGO引擎,《閃電行動2》的加入則說明這款引擎在其他領域開疆闢土。

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《S.T.A.L.K.E.R:切爾諾貝利的陰影》使用的是X-Ray引擎。這款一再跳票的遊戲開發了六年,而引擎開發週期更是長達八年,期間X-Ray的技術從先進到落後再到領先,最新版的X-ray引擎終於實現了DX10/SM4的shader渲染,最終的畫面效果也達到了一流水準。

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18.一心一意的專業引擎

前文對引擎的分類中已經提到,遊戲引擎的概念很廣,簡單來分也有通用的和專一性的,前面介紹的這些遊戲引擎幾乎都是通用性,涵蓋了遊戲設計中的3D圖像、音效處理、AI運算、碰撞檢測等等,而此處要說的則是一些功能單一但是專業高效的引擎,比如物理引擎、聲效引擎、植被引擎等。 

物理引擎中首推Havok,其次則是NVIDIA力推的PhysX,前者是基於CPU運算的(現在也開始支持GPU運算),後者是基於GPU運算的,Havok資歷老、支持者眾,在PC、XBOX360、PS2/3等多平台有著廣泛的應用,使用Havok物理引擎的遊戲已有100多款。除了遊戲領域外,Havok引擎還廣泛使用在電影特效中,《黑客帝國》、《哈利波特》、《特洛伊木馬》等多部電影中都使用了Havok引擎以營造真實的物理運動效果。


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萬眾矚目的大菠蘿3就會支持Havok物理效果

PhysX物理加速最早由Ageia公司研發,並以物理加速卡的方式加以推廣。後來Ageia公司被NVIDIA公司收購,PhysX技術被NVIDIA應用在自家的顯卡之上。憑藉著GeForce顯卡的銷量和NVIDIA的影響力,PhysX也逐漸得到了各大遊戲公司的支持,越來越多的遊戲也開始支持PhysX物理加速引擎。

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NVIDIA的PhysX物理加速技術也開始發力

SpeedTree作為一種單一的遊戲引擎並不為人所熟知,但是正是這種專一性讓它在適宜的場合能夠做到全功能引擎做不到的事情。 

SpeedTree是業內最專門的植物渲染引擎,可以實現樹木、植被的建模、動態颳風、平滑細部和多樣燈光效果,可為游帶來逼真的樹木、草地等效果。

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《虛幻3》中的SpeedTree引擎營造的參天大樹

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《上古捲軸4》中的SpeedTree渲染出的草地效果

當然,SpeedTree也不只是應用在遊戲領域,SpeedTree也是商業上常用的建模工具,更有美國國防部利用SpeedTree進行真實戰爭場景模擬來進行軍事訓練。 

19.總結及其他

除了最初的圖形渲染功能之外,現在的遊戲引擎已經是一個包含3D建模、動畫設計、光影特效、AI運算、碰撞檢測、聲效處理等等多個子系統在內的全功能引擎,,全功能、模塊化、按需訂購的設計使得這類遊戲引擎成為市場上的主流,更能滿足遊戲廠商的需求,而一些特殊而專業的引擎如物理引擎、植被引擎都集成在通用型遊戲引擎裡,如虛幻3引擎集成的PhysX和SpeedTree引擎,Source引擎集成的Havok物理引擎等。 

遊戲引擎已經脫離了遊戲開發副產物的角色走上前台,隨著遊戲技術的提高,遊戲引擎的研發時間和成本也在直線上升,像90年代Id公司那樣一樣更新一代遊戲引擎已經不可能,如今一款開發一款優秀的遊戲引擎沒有三五年的功夫是下不來的,而且還要冒資金和技術上的風險,既要資金不斷流也要技術不落後,沒有一定的技術實力還真不敢攬這瓷器活。


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幾年前的LithTech引擎就耗費了開發公司五年時間和700萬美元

不過,一旦開發成功,收益也是非常大的,就如虛幻引擎的開發商EPIC那樣,只靠虛幻3引擎的授權,這家公司就可以活得很滋潤,這樣的先例也鼓舞著越來越多的公司倣傚Id、EPIC瞄準引擎授權市場,這個領域中的競爭也日趨激烈,這在一定程度上可以促進引擎技術的發展,但是也希望遊戲開發商不要忘記一點:一款遊戲成功的關鍵不在於引擎的好壞,畫質的高低,遊戲本身好玩與否才是決定性的。馬里奧、俄羅斯方塊歷經二十多年而不衰,有些高畫質遊戲可能兩三年就無人問津,也許這個比較並不恰當,但是其中的含義還是很明了,決定遊戲生死的永遠是遊戲本身是否好玩,這是最簡單的道理,恐怕也是最難把握的道理。

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引擎不是決定遊戲好壞的唯一

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