「游戏引擎 浅入浅出」前言
「游戏引擎 浅入浅出」是一本开源电子书,Github地址: https://github.com/ThisisGame/cpp-game-engine-book
为什么写这本书?
在与同事沟通时,会提到如何使用Unity Profile做性能优化,对于内存、耗时大家都能理解到,打包图集、减少DrawCall这些都可以按照一定数值参考。但是对于内存为什么占用这么多,CPU使用率为什么会随着DrawCall数量上升而上升,大家又了解的比较少。
12年末我大学实习进入手游公司,那个时候公司项目是自研引擎,做完项目任务后,我们就会挂上引擎源码,调试学习。一年后总监让我把UI渲染改成图集形式,我信心满满答应下来结果毫无头绪,事情就这么搁置下来,我们也全面转向了Unity。
15年到了新公司,总监也会时常和我吐槽Unity不合理之处,并拿出他的自研引擎炫耀一番。大家已经没有心思研究自研引擎,Unity才是这个快速迭代上线所需要的完美工具。
后来去小公司带项目,团队里就剩我一个人会去想引擎的事,只有讨论优化的时候,我才会讲一些原理,其余都是让他们看我博客。
后手游时代的客户端程序,和前端游时代的程序出现了断层。
Unity可以很方便的做出商业产品,但是了解它背后的原理,才能避开它的一些坑,让做出的产品更加完美。甚至在拥有了它的源码之后,可以对它做更多定制化开发。这份知识不仅限于Unity,任何引擎都是建立在其之上,这能帮你在不同引擎之间快速跳转。
本书内容
本书完整介绍一个游戏引擎的所有模块,从最基础的OpenGL环境搭建,到骨骼动画、多线程渲染、阴影实现等等,最后实现一个完整的游戏引擎。
在部分章节结束后,会基于当前章节功能,开发游戏实例。
本书主要内容如下:
第 1 章介绍游戏引擎框架,以Unity为例,介绍游戏引擎组成。
第 2 章介绍OpenGL开发环境搭建,创建一个OpenGL空窗口来入坑。
第 3 章介绍使用OpenGL绘制三角形、正方形、立方体,来熟悉游戏渲染的最基础元素。
第 4 章介绍Shader的概念,编译链接,以及Shader格式、关键字。
第 5 章介绍贴图格式,从直接读取PNG、JPG渲染,然后介绍GPU所使用的的压缩纹理。
第 6 章介绍索引与缓冲区对象,索引就是多个顶点的下标,使用索引可以复用顶点渲染。而缓冲区则是将顶点数据存储于显存中,不用再每一帧都从内存上传到GPU。
第 7 章介绍引擎自定义的Mesh文件格式以及材质的组成。将原来写死在代码中的顶点数据存储到Mesh文件中,将原来写死在代码中的Shader参数存储到材质中。
第 8 章介绍使用Blender制作模型并编写Python代码导出为Mesh文件。
第 9 章介绍如何实现GameObject-Component模式。
第 10 章介绍什么是相机,以及多相机渲染排序。
第 11 章介绍获取鼠标、键盘输入。
第 12 章介绍如何将Demo代码,拆分为引擎源码与项目源码。
第 13 章介绍使用FreeType对指定字符生成单Alpha通道的纹理并渲染,以及使用顶点色实现彩色文字。
第 14 章介绍基础GUI控件的实现,包括UIImage、UIMask、UIText、UIButton。有了这几个基础,可以实现其他复杂的控件。
第 15 章介绍使用FMOD播放MP3、Wav音乐,以及使用FMOD专业音频编辑器制作音效与解析播放。
第 16 章介绍easy_profiler这个C++性能分析库。
第 17 章介绍使用Sol2这个开源库,将Lua集成到引擎,后续使用C++开发引擎,使用Lua编写测试代码。
第 18 章介绍骨骼动画原理,并介绍使用Blender制作骨骼动画、导出到skeleton_anim文件,在引擎解析。
第 19 章介绍骨骼蒙皮动画,在Blender刷权重,导出到weight文件,在引擎解析,渲染。
第 20 章介绍如何从FBX文件导出Mesh、骨骼动画、权重,实例导出古风少女并渲染。
第 21 章介绍多线程渲染,将OpenGL API放到单独的渲染线程,从主线程发命令到渲染线程,将DrawCall的影响分出去,减轻主线程负担。
第 22 章介绍不定时更新。
适用读者
写这本书的目的是普及游戏引擎基础知识,面向的读者有一定的Unity经验,对引擎某些点感兴趣即可。
每一章节介绍的知识点,都是供入门了解,并没有深挖。
简单、容易上手、短期目标、不枯燥,是这本书的追求的,太复杂的很容易中途放弃,我花了很多时间在这个上。
- IDE选择了CLion,开箱即用跨平台。
- 每一小节开头就贴上了这一节项目地址,找到后把文件夹拖到CLion里面立即可以调试。
- 文章中的代码片段,开头就是这个代码所在文件以及行数。
- 一些名词,能和其他名词关联的我都会尽量关联。例如Shader的编译与Link,我用C语言的编译来对比。OpenGL的CS模型,我用网络消息来对比。
- 对于需要用到其他软件的,例如Blender建模、FMOD、WWise音频制作,我都录制了视频在B站,并贴在文章里。这应该是首次在引擎书里教你如何建模、音频编辑。其他的有Substance、Toolbag插件开发,Renderdoc GPU分析工具都有简单介绍。
- 渲染的模型动画用美女、帅哥、色彩丰富的物体,更有成就感。
- 有了一定功能后,就会基于现有功能开发一个小游戏,阶段性成就才能长时间坚持。
不过在简单的同时,很多基础知识没有介绍到,C++、Python、Lua、js、多线程、文件读取,这些书中就不再提了。
只要不放弃,一章一章看下去,一定能做出自己的游戏引擎。
学习方式推荐
本以实战为主,大部分章节都有CLion实例项目,项目路径在章节开头或结尾给出。
个人推荐的学习方式如下:
- CLion打开项目,编译运行,看看效果。
- 过一遍代码,断点调试一下。
- 看一遍章节内容。
- 再过一遍代码。
资源下载
本书Markdown以及章节配套项目托管在Github上,读书过程中有疑问、发现错误都可以提Issues。
Github:https://github.com/ThisisGame/cpp-game-engine-book
致谢
从社区中来到社区中去,感谢各位开源人。
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