虚幻3引擎

 

虚幻3引擎（Unreal Engine 3）又称虚幻引擎3，是一套为DirectX 9/10 PC、Xbox 360、PlayStation 3平台准备的完整的游戏开发构架，提供大量的核心技术阵列，内容编辑工具，支持高端开发团队的基础项目建设。 虚幻3引擎的所有编写观念都是为了更加容易的内容制作和编程的开发，为了让所有的美术开发人员能够牵扯到最少程序开发内容的情况下使用抽象程序助手来自由创建虚拟环境，以及提供程序编写者高效率的模块和可扩展的开发构架用来创建，测试，和完成各种类型的游戏制作。

 

开发背景　　

 

当游戏进入3D时代之后，“引擎”这个概念越来越多的进入了我们的视野。游戏引擎其实可以比作赛车引擎，它把游戏中的各种元素捆绑在一起，在后台指挥它们同步、 有序地工作，不同游戏引擎就像不同的赛车引擎一样，会给玩家和驾车者以不一样的感受。

　　在3D引擎的发展史中，为我们留下深刻印象的作品有很多。例如Quake 3引擎以其优秀的物理性能和出色的稳定性造就了一代经典，甚至为FPS游戏开创了一个新的玩法：Defrag。玩家通过借助武器爆炸的冲力可以在空中自由的飞翔，那种感觉就像驾驶着法拉利跑车在路上自由的飞奔。

　　随着硬件性能的不断提高，游戏性能也有了更加广阔的发展空间。处于“灵魂”地位的游戏引擎自然也在大跨步的前进，今天我们就来领略一些前卫的游戏引擎技术的风采，同时展望一下与其相对应的硬件将如何发展。

 

 

                                  

                                                            虚幻引擎3+Speedtree引擎创造的出奇迹

 

特性　　

 

Seamless World Support 可以根据先前的关卡景物设置通过记忆功能自动生成多变的景物，次时代游戏的开发也将依赖于这项技术；同时，功能强大的UnrealKismet系

   同一人物在两代《半条命》中的表现

统提供脚本语言提供了对元数据的自动支持，支持十分灵活的文件格式向下兼容性，支持让关卡设计师使用脚本属性，关卡设计师可以随心所欲的设计和设置游戏的关卡和AI，程序员的工作效率也将大大提高。Epic称该引擎在角色、法线贴图、材质贴图、环境、光照等和先前的引擎相比将有质一般的飞跃。

　　“虚幻引擎3”并整合了由 AGEIA 所提供的“NovodeX”物理模拟技术，让展示场景中的对象呈现出如同实际物体般的反应，像是弯曲、抖动、晃动、碰撞、弹跳 等，并以常见的连锁机关方式来展示这些真实物理反应模拟所能做到的效果。

 

 

                                                

                                                                 同一人物在两代《半条命》中的表现

 

 

 

使用技巧　　

 

虚幻3引擎给人留下最深印象的就是其极端细腻的人物和物品模型。通常游戏的人物模型由几百至几千个多边形组成，

并在模型上直接进行贴图和渲染等工作从而得到最终的画面。

　　而虚幻3引擎的进步之处就在于在游戏的制作阶段，引擎可以支持制作人员创建一个数百万多边形组成的超精细模型(最上面的模型由200万多边形组成，而下面的模型仅有5287个多边形)，并对模型进行细致的渲染，从而得到一张高品质的法线贴图，这张法线贴图中记录了高精度模型的所有光照信息和通道信息。

　　在游戏最终运行的时候，游戏会自动将这张带有全部渲染信息的法线贴图应用到一个低多边形数量(通常在5000-15000多边形)的模型上。这样的效果就是游戏的模型虽然多边形数量比较少但是其渲染精度几乎和数百万多边形的模型一样，这样可以在保证效果的同时在最大程度上节省显卡的计算资源。

 

 

                        

                                                                      “虚幻引擎3”画面演示效果图

 

 

解析　　

 

在刚刚过去的E3大展上面，虚幻引擎3无疑最引人注目的焦点之一。这是一个集合了多项优秀引擎和技术为一体的“超级引擎”，它使用上文中提到的SpeedTree对树木进行处理，

并且集成了NovodeX物理引擎，还为游戏开发者提供了可视化交互式开发环境UnrealEd（Unreal Editor）。

　　SpeedTree

　　SpeedTree为虚幻引擎3带来了无比真实的树木与森林效果，由于上文中已经有详细说明，这里就不再赘述。

　　NovodeX

　　NovodeX是虚幻引擎3中功能强大的新一代物理引擎，其性能决不输给Havok PhysiCS。NovodeX支持速度、加速度和弹性碰撞等物理概念，并且含有布娃娃系统令人物动作更加逼真。

　　这是一张“布娃娃”系统效果示意图，我们看到人物和管道的受力情况都非常接近真实生活，就好像是真的有人刚刚用手把它们放在那里一样。

 

                                   

                                                                                    SpeedTree

 

 

专业测评

渲染效果

　　◎ 64位色高精度动态渲染管道。

　　Gamma校正和线性颜色空间渲染器提供了完美的颜色精度，同时支持了各种后期特效例如光晕，镜头光环和景深等效果。

　　在最新的一代显示芯片发布的过程中，我们注意到了一个非常明显的特点，就是新一代的显示芯片已经不再满足于传统的32位色深，转而需要更加高精度的颜色范围，这一点在NV40和R420身上都能非常明显的看出来。在NV40上，这种技术被称为HPDR技术，而在R420身上，这种技术也有所体现。

　　◎ 支持当前所有的基于像素的光照和渲染技术，包括使用法线贴图技术的参数化的Phong光照；虚拟位移贴图；光线衰减函数；采用预计算的阴影遮罩技术以及使用球形harmonic贴图的预计算的凹凸自阴影

　　◎ 高级的动态阴影。

　　虚幻引擎3提供对下列3种阴影技术的完全支持：

　　· 采用动态模板缓冲的阴影体积技术，能够完整支持动态光源，这样就能在场景中所有物体上精确地投射阴影。

　　· 能够让动态的角色在场景中投射出动态的、柔和的模糊阴影，这个过程是通过使用16X超级取样的阴影缓冲实现的。

　　· 采用了拥有极高质量和极高性能的预先计算出的阴影遮罩，从而可以将静态光源的交互现象离线处理，同时保留了完整的动态高光和反射效果。

　　◎ 所有支持的阴影技术都是可视化的，并且可以按照美工的意愿自由混合。另外，同时可以与有颜色的衰减函数结合，从而实现具有合适阴影的平行光、聚光灯效果，以及投射光效果。 角色能够在虚幻引擎3中使用阴影技术产生动态的软阴影

　　◎ 强大的材质系统，使得美工可以在实时图形化界面中建立任意复杂的实时Shader，而这个界面的友好度可与Maya的非实时Shader图形编辑界面媲美

　　◎ 材质框架是模块化的，所以程序员不仅可以加入新的Shader程序，还可以加入能够让美工随意与其他组件连接的Shader组件，从而可以实现Shader代码的动态合成。

　　◎ 完全支持室内和室外环境的无缝连接，在任何地方都支持的动态每象素光照和阴影。

　　◎ 美工可以通过一个可动态变形的基本高度图来建立地形，并使用多层混合材质，这其中包括位移贴图，法线贴图和任意复杂的材质，动态的基于LOD的细分，以及植被。

　　另外，地形系统还支持美工控制的自然效果，如平地上的植被，陡坡上的岩石和山顶上的雪。

　　◎ 体积环境效果，包括高度雾和物理上精确的距离雾。

　　◎ 刚体物理系统，支持游戏者和游戏中的物体，布娃娃角色动画以及复杂碰撞等物体交互方式。

　　布娃娃（Ragdoll）系统，是目前最为流行的一种非常高级的物理引擎，能够付给物体以一定的质量，形状等特性，从而获得非常逼真的力学动态效果。

　　◎ 所有可渲染的材质都含有物理特性，例如摩擦系数等参数。

　　在虚幻引擎3提供的编辑工具UnrealEd中，能够对物体的属性进行实时修改

　　◎ 符合物理原理的声音效果。

　　◎ 完全整合的基于物理原理的交通工具支持，包括游戏者控制，人工智能和网络。

　　◎ UnrealEd内建的可视化物理建模工具，支持对于模型和骨骼动画网格的用于优化碰撞检测的图元的建立；约束编辑；在编辑器内可交互的物理模拟和调整。

 

                                  

                                                                   NovodeX

动画系统

　　◎ 骨骼动画系统；支持每顶点可达4骨骼同时影响的效果以及复杂的骨骼结构。

　　◎ 动画由一棵动画物体树驱动，包括：

　　· 混合控制器，进行对嵌套的动画物体之间的多路混合。

　　· 数据驱动的控制器，封装动作捕捉或手动制作的动画数据。

　　· 物理控制器，连接到刚体动态引擎，用来实现布娃娃系统的游戏者和NPC动画和对力的物理响应。

　　· 过程动画控制器，以C++或UnrealScript实现，为了实现一些如使一个NPC的头部和眼睛跟踪一个在关卡中行走的游戏者，或使一个角色根据健康情况和疲劳度作出不同动作等特性。

　　◎ 为3D Studio Max和Maya制作的导出工具，用于向引擎中导出赋予蒙皮权重的网格，骨骼和动画序列。

游戏性系统

　　◎ 提供了一个支持普通游戏对象（如游戏者，NPC，物品，武器和触发器）的面向对象的游戏框架。

　　◎ 丰富的多级别AI系统，支持寻路、复杂关卡游历、单独决策和组队AI

　　· 对如触发器，门和升降机等普通游戏对象敏感的寻路框架，允许复杂的游历设定，使得NPC可以按下开关，打开门，并绕过障碍物。

　　· 游历框架带有短期战术战斗、掩护和撤退的路线网。

　　· 基于小队的AI框架，适合第一人称射击、第三人称射击和战术战斗游戏。

　　◎ AI路径在UnrealEd中可见并可由关卡编辑者编辑，允许自定义和提示

　　◎ 可见的AI脚本工具，使设计者可以创建复杂的交互性游戏设定，例如游戏者目标，通用的游戏事件触发器和交互式过场动画

　　◎ UnrealMatinee，一个基于时间线的可视化序列、动画和曲线路径工具。设计者可以使用此工具建立游戏中的过场动画，可以是交互的或非交互的，通过动画序列化、移动包括摄像机在内的对象，控制声音和视觉特效，并触发游戏和AI事件。

　　UnrealEd中的“Matinee”工具，能够编辑基于时间轴的事件序列

　　◎ 支持各种平台的输出格式，包含5.1环绕立体声和高品质杜比数码音效。

　　◎ 3维声源位置设置，多普勒效应。

　　多普勒效应：是指当发声物体在运动时，声音的音调会随着物体移动速度而改变其高低——声音频率的变化，这个原理也被运用在声卡3D发声原理之中。

　　◎ 在UnrealEd中的可视化音效工具可以为声音设计者提供对音效的全面的控制，声音强度，顺序，循环，过滤，调制，变调和随机化。声音参数被从代码中分离开，使设计者可以控制所有的与游戏、过场动画和动画序列相关的声音。

　　◎ 支持所有平台的主要声音格式，包括PCM,ADPCM,游戏机对应的声音压缩格式和Ogg Vorbis。

　　◎ 支持游戏机上的声音流。

　　◎ Internet和局域网游戏已经成为Epic的竞赛游戏如Unreal Tournament 2004的一大特征。虚幻引擎长时间以来一直提供灵活的高级网络架构，适合于各种类型的游戏。

　　◎ Internet和局域网游戏在PC和所有游戏机平台上都被完全支持

　　Unreal Tournament 2004的游戏中带的服务器浏览器

　　◎ 虚幻引擎的网络游戏部分编程是高层的和数据驱动的，允许由Unreal脚本代码指定在客户端和服务器之间联系的变量和函数，来保留一个同步的对游戏状态的近似。底层游戏网络传输是基于UDP的并能够将可靠和不可靠传输方式结合，来对游戏感进行优化，即使在低带宽和高延迟的环境下。

　　◎ 客户端－服务器模式下最多支持64个游戏者同时游戏。同时支持非服务器模式（点对点模式）下的16游戏者同时游戏。

　　◎ 支持不同平台间的网络互连（例如PC服务器和游戏机客户端；Windows, MacOS和Linux客户端共同进行游戏）。

　　◎ 所有游戏特性在网络游戏模式下都被支持，包括基于交通工具的多人游戏，带有NPC和机器人的组队竞技，单人模式下的协同游戏等等。支持自动下载，包括跨平台的一致的Unreal脚本代码。这项特性使得从用户自己创建的地图到奖励包，到完整的游戏mod都可以随意获得

　　全局光照技术“Unreal Lightmass”，可生成高质量的静态照明和带精确半影的软阴影、相互漫射与反射、色彩释放(color bleeding)等下一代技术，同时还有新的分布式计算框架“Swarm”，生成光照的速度可提高最多十倍。

　　◎ “Unreal Content Browser”(虚幻内容浏览器)基于后端数据库，支持缩略图预览、内容标签、内容收集管理，能让开发人员在海量内容里迅速找到所需资源，不必再逐个手动打开文件查看。

　　◎ 可扩展统计和数据管理后端“Unreal Master Control Program”(虚幻主控程序)，作为一种高可靠性在线服务架构，支持新闻宣布、设定管理、在线玩家追踪，以及硬件、配置、游戏状态数据搜集，并且包含一系列视觉化游戏状态工具，比如玩家活跃性区域热图。

缺点

　　由于引擎开发较早，对多核CPU支持不佳，往往出现其中一个核心利用率100%，其他核心却利用率很低的情况，导致游戏运行不流畅。

应用游戏

　　以下内容格式：《游戏名 中文》（游戏名 英文）（开发公司）（发行时间） 或 《游戏名》（开发公司）（发行时间）

　　《战争机器》(Gears of War)(欧美-Epic Games)（2006）

　　《帕拉贝伦》(Parabellum)(德国-Acony)（2006）

　　《彩虹六号：维加斯》(Rainbow Six Vegas)(法国-Ubi Soft Entertainment育碧)(2007)

　　《生化奇兵》(Bioshock)(欧美-Irrational Games)（2007）

　　《枪神》(Stranglehold)(欧美-Tiger Hill Entertainment)（2007）

　　《虚幻竞技场3》(Unreal Tournament 3)(欧美-Epic Games)（2007）

　　《荣誉勋章：空降神兵》 (Medal of Honor: Airbone) (美国-Electronic Arts艺电)（2007）

　　《彩虹六号：维加斯2》(Rainbow Six: Vegas 2 )(法国-Ubi Soft Entertainment育碧)（2008）

　　《前线：战火之源》(Frontlines: Fuel of War)(欧美-THQ / Kaos)（2008）

　　《恐龙猎人》(Turok) (美国-Acclaim)（2008）

　　《转折点:自由的陨落》(Turning Point: Fall of Liberty ) (美国-Spark Unlimited)（2008）

　　《格林童话惊魂记》(American McGee's Grimm)(欧美-GameTap)（2008）

　　《战火兄弟连：地狱高速》(Brothers in Arms: Hell's Highway) (美国-Gearbox)（2008）

　　《潘多拉的魔盒》(Legendary) (美国-Microsoft微软)（2008）

　　《镜之边缘》(Mirror's Edge) (美国艺电旗下公司-瑞典-EA DICE)（2008）

　　《质量效应》(Mass Effect)(加拿大-BioWare) （2008）

　　《阿尔戈英雄的崛起》( Rise of the Argonauts )(2008)

　　《战地之王》(Alliance of Valiant Arms) (韩国-Redduck)（2007）（虽然多国公测、内测时间为07，实际上AVA是06年主体完工，比欧美不少UE3游戏还要早出来。AVA完工后才有COD4等神作。初期AA与HDR不能同开、这是早期UE3的毛病。后期UE3.5修正了该问题）

　　《战争机器2》(Gears of War2)(欧美-Epic Games)（2008）

　　《美国陆军3》(America's Army3) (美国-America's Army国家陆军部队)（2008）

　　《致命车手》(Wheelman) (欧美-Tigon)（2009）

　　《终结战争》(Tom Clancy's EndWar) (法国-Ubi Soft Entertainment育碧)（2009）

　　《最后的神迹》(The Last Remnants) (欧美-Square-Enix)（2009）

　　《边境之地》(Borderlands )(美国-GearBox Software)（2009）

　　《诅咒》(Damnation)(欧美-Blue Omega)（2009）

　　《异形:殖民军》(Aliens: Colonial Marines) (日本-Sega世嘉)（2009）

　　《X战警前传：金刚狼》(X-Men Origins: Wolverine) (美国-Raven Studios / Amaze Entertainment)（2009）

　　《蝙蝠侠：阿卡姆疯人院》(Batman: Arkham Asylum) (美国-Rocksteady Stud)（2009）

　　《一舞成名》(Star Tales)(中国-麦格特尔)（2009）

　　《神兵传奇》(中国-久游)（2009）

　　《Hessian》(韩国-GSP)（2010）

　　《流星蝴蝶剑OL》(Butterfly Sword Online)(中国-久游)（2010）

　　《聊斋OL》 （中国-798GAME）（2010）

　　《BERKANIX》(韩国-Sonov)（2010）

　　《犯罪艺术》(Crime Craft)(欧美-VogsterEntertainment)（2010）

　　《全球计划》(Global Agenda)(美国-Hi-Rez)（2010）

　　《无双OL》（中国-成都逸海情天）（2010）

　　《质量效应2》(Mass effect2)(加拿大-BioWare 美国-EA)（2010）

　　《中华英雄》（中国-搜狐畅游）（2010）

　　《细胞分裂5》 （法国-育碧）（2010）

　　《奇点》（Singularity）（Activision）（2010）

　　《绝对火力》（Absolute Force）（现在状态未知，初期测试配置与画面严重不成正比）（中国大陆-网龙）（2010）

　　《全球使命》（中国-上海臻游2010）

　　《荣誉勋章》（medal of honor）（美国EA DICE）（2010）

　　《风暴战区》(Tornado force)(韩国-Dragonfly)（待定）

　　《Huxley》(中国-Webzen)（待定）

　　《阿尔法协议》(Alpha Protocol) (美国-Obsidian)（待定)

 

 

 

 

 引擎下载　

　老牌游戏《雷神之锤》的开发商Id Software有这样的传统，在一款游戏引擎产品使用数年后即会向公众开放源代码。现在，虚幻引擎开发商Epic Games也加入了这一行列，宣布开放鼎鼎大名的虚幻引擎3（Unreal Engine 3）。虽然没有公开引擎源代码，但任何游戏开发团队都可以采用这部免费的Unreal引擎Unreal Development Kit（UDK）开发包，开发制作独立的UE3引擎游戏。

　　2009年11月，游戏开发商EPIC携手NVIDIA联合推出虚幻引擎3免费版(Unreal Development Kit)。此举动为NVIDIA想进一步拓展CUDA通用计算市场影响力，而采取的赞助授权策略。

　　虚幻引擎3是近几年流行的游戏引擎，基于它开发的大作无数。开发包“UDK”包含完整的虚幻引擎3开发功能，除基本的关卡编辑工具Unreal Editor外，组件还包括：

　　

Unreal Content Browser素材浏览器

　　UnrealScript面向对象编程语言

　　Unreal Kismet可视化脚本系统

　　Unreal Matinee电影化场景控制系统

　　Unreal Cascade粒子物理效果和环境效果编辑器

　　支持NVIDIA PhysX物理引擎的Unreal PhAT建模工具

　　Unreal Lightmass光照编辑器

　　AnimSet Viewer和AnimTree Editor骨骼、肌肉动作模拟

　　UDK目前仅面向PC游戏，但Epic称他们也在考虑未来开放Xbox 360和PS3游戏的开发功能。授权方面，除商业和教学外使用完全免费，如要将开发出的游戏上市销售则需联络Epic付费授权。

　　UDK开发包安装程序容量为562MB，未来更新也将免费提供。其最低系统需求为：

　　· Windows XP SP2或Windows Vista

　　· 2.0GHz以上处理器

　　· 2GB内存

　　· 支持Shader model 3显卡

　　· 3GB硬盘空间

　　推荐配置

　　· Windows Vista 64 SP2

　　· 2.0GHz以上多核处理器

　　· 8GB内存

　　· NVIDIA 8000系列以上显卡

　　· 大量硬盘空间

 

                                                 虚幻引擎3开发包UDK界面

配置要求

最低需求

　　UDK开发包安装程序容量为562MB，未来更新也将免费提供。其最低系统需求为：

　　· Windows XP SP2或Windows Vista

　　· 2.0GHz以上处理器

　　· 2GB内存

　　· 支持Shader model 3显卡

　　· 3GB硬盘空间

推荐配置

　　· Windows Vista 64 SP2

　　· 2.0GHz以上多核处理器

　　· 8GB内存

　　· NVIDIA 8000系列以上显卡

　　· 大量硬盘空间

影响

　　引擎在发布前夕就受到开发商和出版商的极度关注，出席发布会和新闻发布会的开发商和出版商必须事先通过邮件预约，经过筛选得到批准才能进入会场，可见业内人事对这款引擎的重视程度了。

　　Epic 在游戏开发者大会举行了针对“虚幻引擎3”在程序设计、视觉艺术和游戏设计上非凡表现的3场记者招待会。Epic称“虚幻引擎3”是迄今为止最好的游戏引擎并且该引擎获被计算机前沿杂志《游戏开发者》（Game Developer）评为年度最佳引擎，该引擎在保留了原有的特性之外加入了许多新的元素，如world support、多处理工具，包括次时代主机的优化。

　　“虚幻引擎3”的工具栏简洁明了，方便开发者作复杂的设计。据悉，这款引擎目前还没有一款真正的游戏能够驾驭它，采用这个引擎的《虚幻3》将于2006年上市。

 

 

扩展阅读：

• 1

  虚幻技术官方网站：http://www.unrealtechnology.com/html/technology/ue30.shtml

• 2

  虚幻引擎3开发包UDK官方下载:http://www.udk.com/download.html

• 3

  NVIDIA"英伟达"提供的UDK官方下载:http://developer.nvidia.com/object/udk.html