Игровой движок

Эта статья находится в стадии проработки и развития, в одной из её версий выборочно используется текст из источника, распространяемого под свободной лицензией
Материал из энциклопедии Руниверсалис

Игрово́й движо́к (англ. game engine) — базовое программное обеспечение компьютерной игры[1]. Разделение игры и игрового движка часто расплывчато, и не всегда студии проводят чёткую границу между ними. Но в общем случае термин «игровой движок» применяется для того программного обеспечения, которое пригодно для повторного использования и расширения, и тем самым может быть рассмотрено как основание для разработки множества различных игр без существенных изменений[2].

Определение

Термин «игровой движок» появился в середине 1990-х в контексте компьютерных игр жанра шутер от первого лица, похожих на популярную в то время Doom. Архитектура программного обеспечения Doom была построена таким образом, что представляла собой разумное и хорошо выполненное разделение центральных компонентов игры (например, подсистемы трёхмерной графики, расчёта столкновений объектов, звуковой и других) и графических ресурсов, игровых миров, формирующие опыт игрока, игровые правила и другое. Как следствие, это получило определённую ценность за счёт того, что начали создаваться игры с минимальными изменениями, когда при наличии игрового движка компании создавали новую графику, оружие, персонажей, правила игры и тому подобное[2].

Разделение между игрой и игровым движком часто неопределённо. Некоторые движки имеют разумное и ясное разделение, в то же время другие практически невозможно отделить от игры. Например, в игре движок может «знать» о том, как рисовать дугу, в то же время другой движок может работать с другим уровнем абстракции, и в нём дуга будет частным случаем параметров вызываемых функций. Одним из признаков игрового движка является применение архитектуры управления данными. Это определяется тем, что если игра содержит жёстко фиксированные данные, влияющие на логику, правила игры, рисование объектов и тому подобное, то становится сложно применять данное программное обеспечение в разных играх[2].

Большинство игровых движков разработано и настроено для того, чтобы запустить определённую игру на определённой платформе. И даже наиболее обобщённые многоплатформенные движки подходят для построения игр определённого жанра, например, шутеров первого лица или гонок. В данном контексте можно более аккуратно сказать, что игровой движок становится не оптимальным при его применении не для той игры или той платформы, для которой разработан. Данный эффект проявляется от того, что программное обеспечение представляет собой набор компромиссов, основанных на тех предположениях, какой должна быть игра. Например, проектирование рендеринга внутри зданий приведёт к тому, что движок, скорее всего, не будет таким же хорошим для открытых пространств. В первом случае движок может использовать BSP-дерево для отрисовки объектов, близких к камере. В то же время для открытых пространств могут использоваться менее точные способы, а также более активно применяются технологии отрисовки с разной степенью детализации, когда более далёкие объекты прорисовываются менее чётко, так как занимают меньшее количество пикселей[3].

Специализация

Как правило, игровые движки специализированы в рамках жанра компьютерных игр. Так, движок, спроектированный для двумерного файтинга на боксёрском ринге, будет существенно отличаться от движка для массовой многопользовательской игры, шутера от первого лица или стратегии в реальном времени. Но в то же время движки имеют существенные общие части — все трёхмерные игры, невзирая на жанр, требуют взаимодействия игрока посредством клавиатуры, геймпада и/или мыши, некоторую форму трёхмерного рендеринга, средства индикации, как на лобовом стекле (например, печать текста поверх графического изображения), звуковую систему и многое другое. Так, движок Unreal Engine, несмотря на то, что был спроектирован для шутера от первого лица, успешно использовался для создания игр во множестве других жанров, таких как шутер от третьего лица Gears of War, приключенческая ролевая игра Grimm, или футуристичная гонка Speed Star[4].

Исторически шутеры от первого лица относятся к играм, которые наиболее технологически сложны, так как им необходимо представлять игроку иллюзию трёхмерного мира, и делать это для активных действий в реальном времени. Движки шутеров от первого лица больше обращают внимание на такие технологии, как эффективный рендеринг трёхмерных миров, отзывчивая игровая механика контроля и прицеливания, высокая точность анимации оружия и рук управляемого игроком персонажа, широкий спектр ручного вооружения, «прощающая» модель движения игрока и его столкновения с препятствиями, высокое качество анимации и искусственного интеллекта неигровых персонажей. При этом характерны малая масштабируемость в многопользовательских играх (типична поддержка до 64 игроков) и повсеместная ориентация на игровой процесс deathmatch[5]. Графические движки игр данного жанра используют ряд оптимизаций в зависимости от текущего окружения игрока, но вместе с тем предъявляются требования по анимации персонажа, аудио и музыке, динамики твёрдого тела  (англ.) (рус., кинематике и другим технологиям[6].

Движки платформеров обращают больше внимания на анимацию персонажа и его аватара, и при этом им не требуется той реалистичности, которая присуща трёхмерным шутерам. Для платформеров характерно применение ряда технологий: множество способов перемещения (движущиеся платформы, лестницы, верёвки, подпорки и другие), элементы из головоломок, использование следящей за персонажем камеры от третьего лица, рендеринг нескольких слоев геометрии в сочетании с системой столкновений объектов, и другие[7].

Файтинги ориентированы на богатую анимацию, точность ударов, возможность задания сложных комбинаций посредством кнопок и/или джойстика и тому подобное. Анимационные персонажи предъявляют требования движкам по высокой детализации, дополнительно движки обеспечивают возможность изменения и добавления спецэффектов (шрамов после ударов, выступление пота и тому подобное), а также предоставляются возможности симуляции причёски, одежды и других элементов[8].

Автосимуляторы могут быть разными и здесь имеется ряд поджанров. Графика таких игр ориентирована на «коридорность» и кольцевые треки, и поэтому движки больше обращают внимание на детализацию машин, трека и непосредственное окружение. Как следствие, используются технологии для рендеринга далёких фоновых объектов (отображаемых двумерно), трек часто разделяется на несколько секторов, внутри которых проводится оптимизация по рендерингу. В случае движения по туннелям или другим «тесным» местам используются техники для того, чтобы камера с видом от третьего лица не пересекалась с фоновой геометрией. Используемые структуры данных и искусственный интеллект ориентируются на решение задач машин неигровых персонажей, таких как поиск пути и других технических проблем[9].

У стратегий реального времени нет высоких требований к графике и поэтому движок ориентируется на то, что отображает юнитов в низком разрешении, но при этом он должен быть способен работать с большим числом юнитов одновременно. Отдельные особенности имеются у интерфейса взаимодействия игрока и элементов управления, в которые входят инструменты работы с группами юнитов (выделение по площади, управление) и ряд меню и панелей инструментов, содержащих команды управления, элементы снаряжения, выбор типов юнитов и зданий и тому подобное[10].

Массовые многопользовательские игры требуют наличия большого игрового мира и возможности одновременного присутствия и взаимодействия большого числа игроков. Локальные задачи, решаемые движком, похожи на те, что имеются в играх других жанров, но особенностью жанра является ориентация и проработка программного обеспечения серверов, которые должны сохранять состояние мира, управлять подключением и отключением игроков, предоставлять внутриигровые чаты, способы взаимодействия голосом и так далее[11].

Обзор

В дополнение к многократно используемым программным компонентам, игровые движки предоставляют набор визуальных инструментов для разработки. Эти инструменты обычно составляют интегрированную среду разработки для упрощённой, быстрой разработки игр на манер поточного производства. Эти игровые движки иногда называют «игровым подпрограммным обеспечением» (сокр. ППО; англ. middleware), так как, с точки зрения бизнеса, они предоставляют гибкую и многократно используемую программную платформу со всей необходимой функциональностью для разработки игрового приложения, сокращая затраты, сложность и время разработки — все критические факторы в сильноконкурирующей индустрии видеоигр.

Как и другие ППО решения, игровые движки обычно платформо-независимы и позволяют некоторой игре запускаться на различных платформах, включая игровые консоли и персональные компьютеры, с некоторыми внесёнными в исходный код изменениями (или вообще без них). Часто игровое ППО имеет компонентную архитектуру, позволяющую заменять или расширять некоторые системы движка более специализированными (и часто более дорогими) ППО компонентами, например, Havok — для физики, FMOD — для звука или SpeedTree — для рендеринга. Некоторые игровые движки, такие как RenderWare, проектируются как набор слабосвязанных ППО компонентов, которые могут выборочно комбинироваться для создания собственного движка, вместо более традиционного подхода расширения или настройки гибкого интегрируемого решения. Тем не менее расширяемость достигнута и остаётся высокоприоритетной в игровых движках из-за широких возможностей их применения. Несмотря на специфичность названия, игровые движки часто используются в других типах интерактивных приложений, требующих графику в реальном времени, таких как рекламные демо-ролики, архитектурные визуализации, обучающие симуляторы и среды моделирования.

Некоторые игровые движки предоставляют только возможности 3D-рендеринга в реальном времени вместо всей функциональности, необходимой играм. Эти движки доверяют разработчику игры реализацию остальной функциональности или её сбор на основе других игровых ППО компонентов. Такие типы движков обычно относят к «графическим движкам», «движкам рендеринга» или «3D-движкам» вместо более содержательного термина «игровой движок». Однако эта терминология используется противоречиво: так, многие полнофункциональные игровые 3D-движки упомянуты просто как «3D-движки». Некоторые примеры графических движков: RealmForge, Ogre 3D, Power Render, Crystal Space и Genesis3D. Современные игровые или графические движки обычно предоставляют граф сцены — объектно-ориентированное представление 3D-мира игры, которое часто упрощает игровой дизайн и может использоваться для более эффективного рендеринга огромных виртуальных миров.

Аппаратная абстракция

Чаще всего 3D-движки или системы рендеринга в игровых движках построены на графическом API, таком как Direct3D или OpenGL, который обеспечивает программную абстракцию GPU или видеокарты. Низкоуровневые библиотеки, например, DirectX, SDL и OpenAL, также используются в играх, так как обеспечивают аппаратно-независимый доступ к другому аппаратному обеспечению компьютера, такому как устройства ввода (мышь, клавиатура и джойстик), сетевые и звуковые карты. До появления аппаратно-ускоряемой 3D-графики использовались программные визуализаторы. Программный рендеринг всё ещё используется в некоторых инструментах моделирования для рендеринга изображений, для которых визуальная достоверность важнее производительности (количество кадров в секунду) или когда аппаратное обеспечение компьютера не удовлетворяет требованиям, например, не поддерживает шейдеры.

См. также

Примечания

  1. ↑ Valencia-Garcia, Rafael. Technologies and Innovation: Second International Conference, CITI 2016, Guayaquil, Ecuador, November 23-25, 2016, Proceedings : [англ.]. — 2016. — ISBN 9783319480244.
  2. ↑ 2,0 2,1 2,2 Jason, 2009, p. 11.
  3. ↑ Jason, 2009, p. 12.
  4. ↑ Jason, 2009, p. 13.
  5. ↑ Jason, 2009, p. 13, 14.
  6. ↑ Jason, 2009, p. 14.
  7. ↑ Jason, 2009, p. 16, 17.
  8. ↑ Jason, 2009, p. 17, 18.
  9. ↑ Jason, 2009, p. 19—21.
  10. ↑ Jason, 2009, p. 22, 23.
  11. ↑ Jason, 2009, p. 23, 24.

Литература

  • Jason, Gregory. Game Engine Architecture : [англ.]. — CRC Press, 2009. — 864 с.
Источник — https://xn--h1ajim.xn--p1ai/index.php?title=Игровой_движок&oldid=311438