从零开始搭建一个完整的PG游戏引擎pg电子游戏搭建

从零开始搭建一个完整的PG游戏引擎pg电子游戏搭建，

本文目录导读：

1. 技术选型
2. 框架搭建
3. 优化与测试

随着计算机技术的飞速发展,游戏开发已经成为一个备受关注的领域，尤其是《英雄联盟》（League of Legends）、《王者荣耀》（Qiyang）等MOBA类游戏的流行，使得游戏引擎开发的需求也日益增加，本文将从零开始，详细讲解如何搭建一个完整的PG（Progressive Graphics，即网页级图形）游戏引擎，通过本文，读者将能够了解游戏引擎的基本架构、开发流程以及关键技术和工具的使用方法。

---

技术选型

在开始搭建游戏引擎之前,首先需要明确几个关键问题：

1. 编程语言选择
   游戏引擎的核心代码通常使用C++编写，因为C++提供了强大的低级别功能，适合处理复杂的图形和性能优化，随着开发工具和框架的发展，现代C++框架（如Poco、Boost）和现代编译器（如 modern C++、Clang++）也逐渐成为游戏开发的主流选择。

2. 图形API选择
   游戏引擎需要与图形硬件（如GPU）进行交互，现代游戏引擎通常使用 Vulkan 或 DirectCompute 等标准来实现跨平台的图形渲染，Vulkan 是一项开放标准，支持跨平台的高性能图形渲染，尤其适合现代移动设备和高性能计算。

3. 跨平台开发框架
   游戏引擎需要在PC、手机、平板等多种平台上运行，因此需要使用跨平台开发框架，Unreal Engine 提供了 Build System（构建系统）来简化跨平台部署，而 GKOO 是一个轻量级的跨平台构建工具，特别适合现代C++开发。

4. 物理引擎和数学库
   游戏引擎的核心功能之一是物理模拟，为了实现复杂的物理效果（如刚体动力学、流体动力学等），通常需要使用如 Bullet 或 PhysX 等物理引擎，游戏引擎还需要一套高效的数学库（如 glm 或 SIMD 向量库）来处理向量运算和矩阵变换。

---

框架搭建

搭建一个完整的游戏引擎通常需要一个清晰的架构,以下是一个典型的引擎架构：

核心模块

1 数据结构

游戏引擎的核心是数据结构,用于表示游戏世界中的物体、场景和场景属性，以下是常见的数据结构：

• Vector3：表示三维空间中的点或向量。
• Matrix4x4：表示三维空间中的变换矩阵。
• Bounding Box（包围盒 ）：用于快速判断物体是否在特定区域内。
• Collision Shape：用于检测物体之间的碰撞。

2 渲染 Pipeline

渲染 pipeline 是游戏引擎的核心部分，用于将3D模型渲染到屏幕上，现代渲染 pipeline 包括以下几个阶段：

• Vertex Processing：对顶点进行变换（如平移、旋转、缩放）。
• Fragment Processing：对像素进行着色，包括几何着色、阴影、雾化等。
• Post-Processing：对渲染结果进行进一步的调整，如全局阴影、深度重涂等。

3 物理引擎

物理引擎用于模拟游戏中的物理现象,如刚体动力学、流体动力学等，常见的物理引擎包括：

• Bullet Physics：一个高性能的物理引擎，支持跨平台开发。
• PhysX：NVIDIA 开发的一个基于 CUDA 的物理引擎，适合 GPU 加速。

4 输入处理

输入处理模块负责将用户输入（如鼠标、键盘、触控）转换为游戏中的动作，常见的输入处理方式包括：

• DirectInput：Windows 提供的 API，用于处理鼠标、键盘等输入。
• Input Swallow：一个轻量级的输入处理库，支持跨平台开发。

5 动作系统

动作系统用于将输入转换为游戏中的动作,将鼠标移动转换为单位移动，将键盘按压转换为技能使用。

6 游戏状态管理

游戏状态管理模块负责管理游戏中的各种状态,包括：

• 游戏循环：将渲染、物理引擎、输入处理等任务以固定帧率执行。
• 事件驱动系统：将事件（如玩家操作、时间流逝）与游戏逻辑相结合。

---

代码实现

1 环境配置

在开始编写代码之前,需要配置开发环境，以下是常见的配置步骤：

• 安装必要的编译器：如 GCC、Clang 等。
• 安装现代C++框架：如 Poco、Boost 等。
• 安装图形API支持库：如 Vulkan API、DirectCompute API 等。
• 安装跨平台构建工具：如 GKOO、CMake 等。

2 核心代码实现

以下是游戏引擎的核心代码实现步骤：

2.1 数据结构实现

首先需要实现一些基本的数据结构,如 Vector3、Matrix4x4 等，以下是实现 Vector3 的示例代码：

class Vector3 {
public:
    float x, y, z;
    Vector3() : x(0.0f), y(0.0f), z(0.0f) {}
    Vector3(float _x, float _y, float _z) : x(_x), y(_y), z(_z) {}
    // 其他操作方法，如加法、标量乘法等
};

2.2 渲染 Pipeline 实现

渲染 pipeline 的实现需要使用图形API，以下是使用 Vulkan 实现顶点处理的示例代码：

// 获取顶点缓冲对象（Vertex Buffer Object）
GLuint vbo = ...;
// 创建顶点数据
float3 vertices[] = ...;
// 创建绑定的顶点缓冲对象
GLuint vboID = glCreateBuffer(vbo, GL_ARRAY_BUFFER);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vboID);
// 创建顶点数据的绑定对象
GLuint vboDataID = glCreateBuffer(&vertices, GL_ARRAY_BUFFER);
glBindBuffer(GL_ARRAY_BUFFER, vboDataID);
// 创建顶点位置的缓冲对象
GLuint posLocation = glGetAttribLocation(glGetProgramInfoLocation(programID), "pos");
glVertexAttribPointer(posLocation, 3, GL_FLOAT, false, sizeof(float), (const float*)vertices);
// 设置顶点处理程序
GLuint vertexShaderLocation = glGetUniformLocation(programID, "vertexShader");
glUseProgram(programID);
// 设置匀质变量
glUniform3f(posLocation, x, y, z);
// 执行顶点处理
glDrawArrays(GL_TRIANGLES, 0, 3);

2.3 物理引擎实现

物理引擎的实现需要使用物理引擎API,以下是使用 Bullet 实现刚体动力学的示例代码：

// 创建刚体物体
RigidTransform transform;
transform.translate(x, y, z);
RigidBody body = bullet->CreateRigidBody(transform);
// 设置刚体动力学属性
body->SetMass(1.0f);
body->SetInertiaTensor(bullet->ComputeInertiaTensorForSphere(1.0f, 0.5f));
// 添加碰撞检测
bullet->AddShapeToRigidBody(bullet->CreateSphere(0.5f), body);

2.4 输入处理实现

输入处理的实现需要使用输入 API，以下是使用 DirectInput 实现鼠标移动的示例代码：

// 获取鼠标位置
uint32_t lastX, lastY, newX, newY;
GetWindowRect(hWnd, &lastX, &lastY, &newX, &newY);
// 获取鼠标移动量
int dx = newX - lastX;
int dy = newY - lastY;
// 更新游戏状态
UpdateState(deltaX = dx, deltaY = dy);

2.5 游戏状态管理实现

游戏状态管理的实现需要使用 C++ 的多态性和继承性，以下是实现游戏循环的示例代码：

class GameLoop : public std::thread {
public:
    GameLoop(const GameLoop& other) : m_game(other) {}
    GameLoop& operator=(const GameLoop& other) { delete this; return *this; }
private:
    Game* m_game;
    std::mutex m_lock;
    std::condition_variable mCondition;
    void UpdateState(const int deltaTime) {
        // 更新物体位置
        m_game->UpdateState(deltaTime);
        // 发送事件
        m_game->SendMessageEvent(EVENT mover, deltaTime);
    }
    void Run() {
        while (true) {
            // 获取渲染结果
            uint32_t lastX, lastY, newX, newY;
            GetWindowRect(hWnd, &lastX, &lastY, &newX, &newY);
            // 计算鼠标移动量
            int dx = newX - lastX;
            int dy = newY - lastY;
            // 更新游戏状态
            UpdateState(dx, dy);
            // 检查事件
            std::lock_guard<std::mutex> lock(m_lock);
            mCondition.wait();
        }
    }
};

---

优化与测试

在搭建完游戏引擎后,需要对代码进行优化和测试，以确保游戏的性能和稳定性。

性能优化

性能优化是游戏引擎开发中最重要的环节之一,以下是常见的性能优化方法：

• 减少内存访问：尽量减少对内存的访问次数，尤其是对内存的不连续访问。
• 使用 SIMD 指令：利用 SIMD 指令对向量进行并行运算。
• 减少锁竞争：使用红黑树锁或互斥锁来减少锁竞争。
• 优化渲染 pipeline：优化顶点处理、片元处理和后处理阶段的代码。

测试

测试是确保游戏引擎稳定性和功能正确的关键环节,以下是常见的测试方法：

• 单元测试：对每个模块进行单元测试，确保每个模块的功能正常。
• 集成测试：对整个引擎进行集成测试，确保各个模块之间的协作正常。
• 性能测试：测试游戏引擎在不同场景下的性能，确保游戏的流畅性。

---

通过以上步骤,读者可以搭建一个完整的PG游戏引擎，虽然这是一个复杂的过程，但通过分模块开发和逐步优化，可以逐步实现一个功能完善的游戏引擎，随着技术的发展，读者还可以进一步学习和优化游戏引擎，开发更多有趣的游戏。

从零开始搭建一个完整的PG游戏引擎pg电子游戏搭建，