GAMES104：02引擎架构分层-学习笔记_游戏引擎架构

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一、游戏引擎分层架构

0.游戏引擎分层简介

• 用户层
• 工具层（Tool Layer）：编辑器、工具界面
• 功能层（Function Layer）：渲染Rendering、动画Animation、物理Physics、相机Camera和实现游戏性的脚本Script、状态机FSM、AI等功能模块
• 资源层（Resource Layer）：各类图片、动画、音频资源加载
• 核心层（Core Layer）：核心功能如内存管理、容器分配、数据计算、多线程处理等
• 平台层（Platform Layer）：对接不同游戏平台、主机和硬件
• 第三方库（Third Party Libraries）：中间件和第三方库通过SDK（Software Development Kit）调用

1.资源层

1. 将资源（resource）转变为资产（asset），比如将各类图片提取有用信息后（比如psd格式里就有很多无用信息）转换为适合GPU处理的DTS格式
2. 使用一个Composite asset文件（如XML）定义资源间的关联性，如一个模型的贴图、动画、材质等对应，并使用全局唯一标识符（GUID）进行管理
3. 运行游戏时，使用资产管理器（Runtime Asset Manager）管理资产的生命周期（Asset Life Cycle），包括资产的实时加载卸载、资源的分配、垃圾回收（GC）、延时加载等

2.功能层

在一个tick时间内（帧？）分别先后执行tickLogic()和tickRender()，（逻辑帧和渲染帧，类似unity的Update()那一套）

• 逻辑帧执行
  1. Camera
  2. Motor
  3. Controller
  4. Animation
  5. Physics
• 渲染帧执行
  1. RenderCamera
  2. Culling
  3. Rendering
  4. Postprocess
  5. Present

功能层涉及的东西核心又多且杂，给引擎提供核心功能模块(major function modules)、Loop Update、并且是游戏和引擎的过渡。同时功能层的多线程运算已经成为主流，并且多核中的dependency非常重要。

3.核心层

核心层为所有逻辑提供基础，比如数学库[线性代数就够用]、数据结构和容器（链表树）、内存管理等。

游戏引擎非常注重效率，比如在数学库中，可以使用逼近算法（不完全准确），或者用SIMD（单指令多数据Single Instruction Multiple Data，以同步方式，在同一时间内执行同一条指令）提高计算效率，或者使用SSE指令进行矩阵计算；比如数据结构（比C++）更方便内存管理，以减少内存浪费（这点与操作系统类似）。

• 提升CPU内存效率的三个要点：1，数据集中存放；2，按照顺序结构排序；3，输入输出批处理-----ecs核心思路
• 因此对代码质量要求很高（安全且高效），能写核心层的人可以做初级架构师啦

4.平台层

有时候写完代码发现不同平台文件加载路径的符号都不一样，这时候就需要用到平台层，来消除不同平台间差异的影响。平台层通过Render Hardware Interface（RHI）来解决这些差异问题，利用虚函数对不同平台的图形API进行重新封装。

甚至不同平台连CPU架构都不一样，比如索尼还有个SPU，不同平台的优化差异很大。

5.工具层

工具层主要为创作者提供生产力工具，比如蓝图、材质编辑器、Shader Lab等，引擎追求runtime效率，但工具不需要runtime只需要开发效率，因此可以使用C++、C#甚至h5来制作。

有时候工具层的代码量会比其它层都大的，维护成本也更高，因此一样相当核心。

• Asset Conditioning Pipeline（资源导入导出器）+ 引擎编辑器 = 引擎完整的工具层。

二、为什么分层架构

游戏的复杂度高，技术面广，分层可以使不同模块部分解耦，各自独立提供服务，如同封装的思想（也如同社会结构），底层为上层提供基础服务，上层调用底层的工具，上层灵活，底层稳定。层次之间只允许上层调用下层，稳定清晰。

总结

• 游戏引擎被设计为分层架构，各引擎大同小异，命名不同但分类都有
• 在这一分层架构中，底层为上层提供基础服务，上层调用底层的工具，上层灵活，底层稳定
• 游戏中的虚拟世界由一系列tick时间组成