3D游戲引擎構(gòu)架及游戲動畫渲染技術(shù)分析

姜超

（大連工業(yè)大學(xué) 藝術(shù)與信息工程學(xué)院，遼寧 大連 116000）

摘 要：隨著科技的發(fā)展，計算機的性能不斷地提升，3D技術(shù)在各個領(lǐng)域中的運用日益成熟。目前，很多游戲都運用3D技術(shù)來進行游戲動畫的渲染，它們讓游戲中的畫面變得更加真實且豐富。本文就3D游戲引擎構(gòu)架及游戲動畫的渲染技術(shù)做出簡要分析。

關(guān)鍵詞：3D游戲引擎；動畫渲染；技術(shù)分析

中圖分類號：TP391.41 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1005-5312（2017）18-0125-01

從電腦游戲的剛剛起步，到今日的日漸成熟，可以說是經(jīng)歷了一個快速又巨大的變化。這和它所采用的游戲引擎是分不開的，本文將從3D游戲引擎的構(gòu)架入手，然后通過動畫模型在3D規(guī)格界面的調(diào)用以及動畫模型在3D游戲中的顯示等方面分析3D游戲引擎下的游戲動畫渲染技術(shù)。

一、3D游戲引擎構(gòu)架

3D游戲與2D游戲的最大卻別，就是游戲畫面趨于立體、更加精致，游戲中所需要被提供的功能更多，如靜態(tài)網(wǎng)格模型、粒子系統(tǒng)、動態(tài)、曲面、燈光等。對于這些功能，我們可以將它們歸結(jié)為幾個模塊，即系統(tǒng)模塊、控制臺模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、游戲接口模塊、游戲插件模塊和底層渲染模塊。

其中系統(tǒng)模塊起到了3D游戲引擎和硬件之間做通信交互的作用，它其中圖形子系統(tǒng)模塊和聲音子系統(tǒng)模塊等小的系統(tǒng)模塊；控制臺模塊起到了調(diào)節(jié)設(shè)置的作用，對于一些測試和錯誤，控制臺模塊可以及時的進行更改；數(shù)據(jù)存儲模塊的作用是將內(nèi)存數(shù)據(jù)和游戲本身的數(shù)據(jù)進行組織的作用，也就是我們平時玩游戲時的存檔；游戲接口模塊的作用是連接編輯人員和游戲引擎，好方便編輯人員對于游戲內(nèi)部燈光、音效及關(guān)卡的編輯；而游戲插件模塊是用來彌補游戲畫面中的不足，所以編寫一定的模型轉(zhuǎn)換插件轉(zhuǎn)換成3D引擎格式。這些都是3D游戲引擎的基本模塊，可讓玩家最明顯接觸到的模塊、讓3D游戲畫面區(qū)別于2D游戲畫面，在3D游戲引擎之中起到關(guān)鍵作用的是底層渲染模塊，它可以對游戲畫面進行渲染，讓游戲整體畫面變得更加逼真，效果更加明顯，它通過一些如OpenGL庫、Direct3D來完成效果的實現(xiàn)。

二、游戲動畫渲染技術(shù)

在3D游戲畫面的游戲動畫的制作中，渲染技術(shù)可以讓每一個物體都呈現(xiàn)出一定的質(zhì)感，這種技術(shù)能夠?qū)⒂螒蜃兊酶挥姓鎸嵭浴?/p>

（一）動畫模型在3D規(guī)格界面的調(diào)用

動畫模型在3D規(guī)格界面的調(diào)用，在這里所說的方法為Direct3D方法。首先要對Direct3D進行初始化，之后要建立Direct3D的設(shè)備以及對象；然后在X文件（微軟為DX開發(fā)提供的一種3D文件）讀取模型，這是因為我們要用的3DMAX所制作的三維模型要在Direct3D使用之前必須轉(zhuǎn)換成特定的格式；接著我們要設(shè)立透視投影以及并觀察矩陣，前者是為了將3D的物體及游戲畫面在二維的電腦顯示屏上顯示出三維的效果，而后者是用來研究玩家人物視角的朝向；接著要設(shè)置世界坐標(biāo)，這是為了將游戲中的物體進行游戲世界坐標(biāo)的設(shè)置，以方便我們?nèi)蘸髮λM行調(diào)節(jié)；在設(shè)置坐標(biāo)完成之后，我們要來設(shè)置一下游戲中系統(tǒng)的燈光，這樣能夠讓游戲中的物體及其他畫面在玩游戲時可以得到顯示，這里的燈光大概分為三種燈光的類型，點光源、聚光源還有平行光源，我們要根據(jù)游戲類型的不同以及風(fēng)格的不同作出合適的選擇；最后，要進行一定模型的渲染，將我們在X文件里讀取的模型的紋理、網(wǎng)格等表現(xiàn)出來。

（二）動畫模型在3D游戲中的顯示

1.紋理圖案的生成。紋理圖案的生成主要采用的是紋理映射的技術(shù)。這項技術(shù)是通過將游戲中三維場景中是物體進行二維參數(shù)化的轉(zhuǎn)變。它是通過游戲中三維物體表面上的任意一點進行一定的計算，算出二維的數(shù)值，即u和v，然后通過u和v計算出物體應(yīng)該的紋理值，進而對物體整個表面進行紋理圖案的生成，這樣做可以使游戲中的畫面更有細(xì)節(jié)化，也就顯得更加真實。計算不同形狀的物體需要不同的映射方法，有的需要取多個數(shù)值，還要進行不同坐標(biāo)系中進行相互的轉(zhuǎn)換。

2.緩沖技術(shù)。緩沖技術(shù)也是動畫模型在3D游戲中顯示的重要因素，它可以在游戲畫面轉(zhuǎn)變時防止畫面的閃爍，畫面的閃爍，也就是我們通常所說的游戲畫面卡頓。緩沖技術(shù)對于畫面的整體效果以及使用感受都有很大的提升，DirectX主要采用的技術(shù)有兩種，一是雙緩沖技術(shù)，還有一種是后備緩沖技術(shù)。（1）雙緩沖技術(shù)。雙緩沖技術(shù)的工作原理是在游戲畫面之外的緩沖區(qū)域上畫每一個動畫的備用圖像，也就是在緩沖區(qū)畫出圖像，然后將這種圖像迅速拷貝到顯示畫面上。這種技術(shù)雖然有效地實現(xiàn)了防止游戲畫面卡頓的現(xiàn)象，但是，它進行拷貝會產(chǎn)生一定的延時，效果不如后備緩沖技術(shù)。（2）后備緩沖技術(shù)。后備緩沖技術(shù)的工作原理是在主畫面時創(chuàng)造時同時創(chuàng)造游戲畫面中的顏色以及物體形狀，創(chuàng)造出一個與主畫面一樣的緩沖的畫面，然后用DirectDraw進行函數(shù)Flip0的交換，這樣便能讓后備緩沖畫面顯示在主緩沖的畫面上，完成動畫的交換。根據(jù)后備緩沖顯示模型可知，主緩沖畫面和后備緩沖畫面的交換技術(shù)要比雙緩沖技術(shù)應(yīng)用起來更加快捷，也會使游戲畫面運行得更加流暢，但前提條件是DirectDraw接口的問世。渲染是3D游戲的動畫制作中最為重要的一環(huán)，緩沖技術(shù)能為游戲渲染提供更好的展示效果。

三、結(jié)論

本文主要闡述了3D游戲引擎的構(gòu)架并簡要分析了動畫模型在3D規(guī)格界面的調(diào)用、動畫模型在3D游戲中的顯示這兩方面的技術(shù)，隨著游戲業(yè)的日益發(fā)展，3D游戲的競爭日益激烈，在游戲引擎上的更新和游戲動畫渲染技術(shù)上的突破會變得越發(fā)重要。