游戲引擎

游戲引擎指的是很多已編寫好的軟件系統、一些交互式實時圖像應用程序的核心組件，它可以給游戲設計者(或有應用實時3D渲染等需求的人員)提供開發需要的工具，多數引擎都具備圖形、聲音、物理和人工智能等功能部件，不同功能模塊化間的耦合度低，這樣就能夠使得游戲設計者快速做出游戲，實現組件復用與跨平臺兼容，而不需由零開始編寫游戲。

典型的游戲引擎架構由多個“上層依賴下層”的軟件層組成：1)硬件層、設備驅動層和操作系統層負責適配硬件資源；2)第三方軟件開放包層、平臺獨立層、核心系統層和資源管理層提供不同API接口和基本軟件管理；3)功能核心組件和游戲專用子系統作為頂層組件，在不同游戲類型中有差異和側重點，主要包括渲染引擎、物理引擎和動作引擎，核心組件間的耦合度較低。

根據《傳媒行業游戲引擎雙雄并進筑基元宇宙》游戲引擎的發展分為四個階段

1)1990-1997引擎誕生：簡化游戲開發流程，Quake引擎實現3D渲染

20世紀90年代引擎的概念雖未形成，但開發者已經逐步認識到每次開發均需從頭編寫代碼的重復勞動問題，一些模塊化的簡化工具開始出現。1992年由IdSoftware(未上市)開發的《Wolfenstein 3D》(德軍司令部3D)采用射線追蹤技術渲染游戲內物體，模擬3D效果(偽3D)，將FPS(First-person shooting game)游戲推向大眾。1993年在Id Software在此基礎上改良推出DOOM引擎(代號Id Tech1)，除了支持游戲《DOOM》(毀滅戰士)的開發外，成功實現商業授權。1996年Id Software進一步推出Quake3D引擎，支持多邊形模型、動態光源和粒子特效，基于此引擎開發的游戲《Quake》也樹立了FPS游戲的操作標桿(鼠標用于觀看與瞄準，鍵盤進行前后、側向移動)。

2)1998-2003早期發展：引擎技術持續升級，Unreal異軍突起

游戲引擎功能不斷迭代，支撐經典大作問世，如Quake引擎推出的后續版本IdTech2、IdTech3，先后服務于《半條命》、《反恐精英》等經典大作。1998年，Epic Games(未上市)推出Unreal(虛幻引擎)，憑借其優質的畫面效果與運行性能取得一定市場地位，此階段《彩虹六號：雅典娜之劍》、《荒野大鏢客》等多款大作均基于Unreal引擎打造。

3)2004-2009門類豐富：大廠推出自研引擎，行業百花齊放

2004年以來大廠相繼推出自研引擎，同時Unreal等第三方引擎功能持續升級，行業呈現百花齊放的態勢。2004年Valve(未上市)決定自研引擎Source，并將其運用于《Half Life2》中；2005年動視暴雪(ATVI US)也推出自研引擎IW2.0，首次在《使命召喚2》中使用。Epic于2006年推出的Unreal3支持64位高精度動態渲染、多種類光照和高級動態陰影特效，且占用資源較少，正式奠定在引擎領域的技術優勢。

4)2010至今走向分化：移動化浪潮下Untiy快速發展，行業格局逐漸穩定

2010年至今，部分大型游戲廠商走自研定制化道路，而絕大多數中小型游戲公司受限于開發引擎的高昂成本，普遍采用畫質優異、兼容良好的Unreal引擎和Unity引擎，其中Unreal引擎主要應用于PC、主機等高性能硬件平臺；Unity更多涉及獨立作品及移動平臺作品，在游戲移動化的浪潮下快速發展，市場份額持續提升。

(1)游戲引擎Unity應用在香港機場：先由香港國際機場的BIMs連接機場資產管理系統的各項運營數據，并與地理信息系統(GIS)地圖相結合，以創造數字孿生的靜態狀態；再通過Unity引擎以逼真的方式導航機場的3D模型，使用了機場各區域物聯網設備的實時數據，數字孿生與仿真工具、企業應用程序和企業分析平臺相結合，打造可以準確預測的未來機場場景。

(2)游戲引擎Unity應用在上海國際汽車城自動駕駛虛擬仿真平臺：在2020世界智能網聯汽車大會期間，上海國際汽車城公布已與Unity達成合作，共同搭建自動駕駛虛擬仿真平臺，借助Unity的基于實時3D渲染|擎的數字孿生技術，雙方共同構建了一個虛擬城市環境，將上海嘉定安亭區域近500公里道路場景精準還原，包括地形、建筑和植被等，用于進行自動駕駛測試。

(3)游戲引擎Unity應用在上海軌道交通：上海軌道交通十七號線是上海首條全線BIM建模的軌道交通線路，所有的設備、車站、區間都進行了建模，將BIM模型和綜合監控系統數據導.入Unity形成可視化交互的整體應用后，可以實現自動檢票機狀態監控、錯層狀態下的設備報警查看、站內藍牙定位及軌跡查詢、基于RFID射頻識別的站內物資管理及監控等諸多功能。Unity新城建這一應用模式同樣在上海軌道交通十六號線惠南站、上海軌道交通十八號線北段以及上海軌道交通十四號線全線鋪開應用。

(4)游戲引擎Unity應用在法國巴黎建筑設計和市區規劃中：Vectuel公司通過在數字平臺上復制城市基建，再使用Unity的云端流傳輸方案Furioos共享場景，實現了大規模的城市可視化，成功地在Unity的實時3D環境中再現了巴黎市區，覆蓋了1000平方公里的土地，上方包含了200多萬幢已建成和規劃中的建筑結構。市民能以一種全新的方式參與到智慧城市的發展中；巴黎市政府和建筑師們可以更快、更好地決定建筑的風格、顏色、樓層布局和消防安全等設備的擺放，從而減少團隊停工等待時間、施工時間、設計失誤以及項目總成本。

(5)虛擬引擎應用在訓練與模擬上。為意外做好準備，防止威脅生命的事故發生，需要在最逼真的情景下進行訓練。虛幻引擎，無論需要訓練人類還是機器，是要分析新裝備還是評估未來的決策，點擊幾下鼠標就能準確傳達信息。虛幻引擎能提供高保真的圖像和所需的控制功能。

(6)游戲引擎Unity應用在海爾卡奧斯5G+工業邊緣云渲染平臺化解決方案中：作為首個被集成到卡奧斯COSMOPlat數字李生平臺的應用，交互式實時3D引擎Unity不僅賦予了數字孿生平臺工業協議解析、異構工業數據接入，整合，三維可視化、實時工業信號導入運行程序、云渲染等PaaS層工業原子能力，還提供了預測性維護、MR巡檢等SaaS層工業應用。

(7)游戲引擎Unity應用在聯合現代汽車打造元工廠(Meta-Factory)：此次合作的最終目標是打造一個實時3D平臺，為消費者提供更全面的銷售、營銷與消費服務。消費者將有機會在購置真車之前通過數字技術試駕、檢驗并且了解各類汽車相關的解決方案。合作意向書涵蓋了智能制造、AI訓練與學習，以及自動駕駛模擬?，F代計劃先于新加坡創新中心引入元工廠概念，將其打造成一個開放的研發中心。該項目將于2022年年底落成，屆時新加坡創新中心將著手研究多種先進技術與出行服務。

(8)游戲引擎UE4應用在深圳國土空間智慧治理實驗室：2022年1月4日，對標世界一流，精心打造的“深圳國土空間智慧治理實驗室”利用UE4、cesium，ndisplay、云渲染等技術，在全國率先創作了裸眼立體數字沙盤“城市云圖”，訪問者可沉浸式體驗深圳規劃和自然資源領域的工作。引入美國麻省理工學院“城市視景平臺”，結合深圳“智慧城市”時空數據和城市運行數據，推出易用性好、互動性強、可循證的智慧決策演示中心，直觀展現城市治理決策過程；利用3D激光打印等技術打造的“全球海洋中心城市”展區，直觀生動地呈現全球海床地形地貌，突顯深圳海洋經濟建設發展和愿景。

(9)游戲引擎UE4應用在中國科技大學智慧校園：初始科技使用ArcGis/Map、CE、CityEngine等軟件組合自研方法與方案自動生成項目周邊GIS地形，完美將3DMax、Revit等三維建筑模型融入地形最后集合到UE引擎里集中開發。UE4通過像素流技術實現輕量化的展示方式，在UE引擎中渲染需要展示的3D模型，并通過websocket推送的數據到UE4服務器，在UE中做處理并展示。用戶也可以反向把自己的數據(比如鼠標鍵盤操作、網頁上的按鈕等)傳給UE4服務器并影響服務器的邏輯決策，達到雙向通訊的過程。

(10)游戲引擎GritGene應用在K11智慧商場：粒界科技為商場及物業提供數字化管理，導航，AR等數字化解決方案，此外其實時渲染技術也為K11等商業品牌提供了渲染效果圖、效果視頻及數字互動體驗解決方案。

(11)游戲引擎GritGene應用在金科地產智慧小區：粒界的標準化方案已經落地金科地產旗下天智慧啟公司的多個小區，實現了物業管理的數字智能化和3D虛擬化管理。

(12)游戲引擎GritGene應用在杭州城市智能化：通過與阿里云合作，1:1數字化還原了杭州中心城區，結合不同系統AP|數字化接口助力城市的智能化管理。

游戲引擎一般分為開源引擎和自有引擎兩大類型。而開源引擎又有完全免費與有限免費，免費開源引擎有Godot、Armory等，有限免費的商業化引擎中應用最為廣泛的為Unity與Unreal引擎，其中Unreal完全開放源碼，Unity有限開放，另外Frostbite 、Rage、AnvilNext等均為游戲公司自有引擎

當前世界上非常有名的引擎有Unreal(虛幻公司)、Unity3D(Unity公司)、Frostbite Engine(EA)、id Tech(ZeniMax)、CryEngine(Crytek)、Rage(Take Two)、GameMaker (YoYo Games)、Source(Valve)、AnvilNext(育碧)等引擎。一些游戲引擎只包含部分功能，例如專門處理圖像渲染的“渲染引擎”，例如OGRE、Vision引擎等。

(1)Unity首個版本2004年推出，旨在通過簡化游戲開發工具，讓更多人參與游戲設計開發，上線初期僅支持Mac平臺，2005年就增加Windows平臺支持，2008年~2010年，跨移動平臺支持iOS與Android，經過多個版本迭代，形成了對大部分主流主機、PC、移動、VR/AR平臺的支持，2014年推出了Unity Ads，成為公司商業化變現的基礎功能，2015~2019年期間，收購了Multiplay、Vivox等加強引擎功能，2020年對其引擎相對較弱的渲染部分進行了大幅加強，推出高清渲染管線HDRP和通用渲染管線URP，增強了視覺效果與優化能力，還發布了Unity Reflect以及MARS平臺， Reflect支持工程建模信息無縫導入Unity， MARS通過更好的工作流程和專門構建的創作工具創建 AR應用。截至2020年Q4，Unity在全球190多個國家和地區擁有約27億月活用戶，月均下載次數達到50億次。Unity引擎上線至今，大量知名的游戲以其為引擎開發，包括《爐石傳說》、《王者榮耀》、《使命召喚手游》、《崩壞3》、《原神》、《Pokemon GO》等。

(2)虛幻引擎(Unreal Engine)是一款由Epic Games開發的游戲引擎，源于Epic Games早期的自制游戲Unreal，如今被廣泛運用于開發各種類型3D游戲，也是 Epic Games的核心業務。自1998 年 UE1.0 正式推向市場后，經過20年的多次更新迭代，UE在開發3D寫實風格的數字畫面上具有技術領先性。公司于 2020 年公布了虛幻引擎5的效果演示，并在2021年推出虛幻引擎5搶先體驗版，其中Nanite與Lumen兩項全新功能體現出Epic在技術上的突破。

參考資料：

《傳媒行業游戲引擎：雙雄并進筑基元宇宙-220217（32頁）.pdf》

《互聯網平臺行業：數字經濟背景下如何看互聯網平臺的定位與價值-220122（28頁）.pdf》《互聯網傳媒行業：游戲引擎、元宇宙筑夢師-220102（32頁）.pdf》

《游戲引擎中實時光線追蹤的進展：全局照明、焦散與透明.pdf》