3D游戲引擎構架及游戲動畫渲染技術分析

姜超

（大連工業大學 藝術與信息工程學院，遼寧 大連 116000）

摘 要：隨著科技的發展，計算機的性能不斷地提升，3D技術在各個領域中的運用日益成熟。目前，很多游戲都運用3D技術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游戲引擎構架及游戲動畫的渲染技術做出簡要分析。

關鍵詞：3D游戲引擎；動畫渲染；技術分析

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：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游戲引擎的構架入手，然后通過動畫模型在3D規格界面的調用以及動畫模型在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。

一、3D游戲引擎構架

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，如靜態網格模型、粒子系統、動態、曲面、燈光等。對于這些功能，我們可以將它們歸結為幾個模塊，即系統模塊、控制臺模塊、數據存儲模塊、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，它其中圖形子系統模塊和聲音子系統模塊等小的系統模塊；控制臺模塊起到了調節設置的作用，對于一些測試和錯誤，控制臺模塊可以及時的進行更改；數據存儲模塊的作用是將內存數據和游戲本身的數據進行組織的作用，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部燈光、音效及關卡的編輯；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換插件轉換成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游戲畫面區別于2D游戲畫面，在3D游戲引擎之中起到關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。

二、游戲動畫渲染技術

在3D游戲畫面的游戲動畫的制作中，渲染技術可以讓每一個物體都呈現出一定的質感，這種技術能夠將游戲變得更富有真實性。

（一）動畫模型在3D規格界面的調用

動畫模型在3D規格界面的調用，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的設備以及對象；然后在X文件（微軟為DX開發提供的一種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使用之前必須轉換成特定的格式；接著我們要設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；接著要設置世界坐標，這是為了將游戲中的物體進行游戲世界坐標的設置，以方便我們日后對它進行調節；在設置坐標完成之后，我們要來設置一下游戲中系統的燈光，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，我們要根據游戲類型的不同以及風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、網格等表現出來。

（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。這項技術是通過將游戲中三維場景中是物體進行二維參數化的轉變。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，算出二維的數值，即u和v，然后通過u和v計算出物體應該的紋理值，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節化，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，有的需要取多個數值，還要進行不同坐標系中進行相互的轉換。

2.緩沖技術。緩沖技術也是動畫模型在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主要采用的技術有兩種，一是雙緩沖技術，還有一種是后備緩沖技術。（1）雙緩沖技術。雙緩沖技術的工作原理是在游戲畫面之外的緩沖區域上畫每一個動畫的備用圖像，也就是在緩沖區畫出圖像，然后將這種圖像迅速拷貝到顯示畫面上。這種技術雖然有效地實現了防止游戲畫面卡頓的現象，但是，它進行拷貝會產生一定的延時，效果不如后備緩沖技術。（2）后備緩沖技術。后備緩沖技術的工作原理是在主畫面時創造時同時創造游戲畫面中的顏色以及物體形狀，創造出一個與主畫面一樣的緩沖的畫面，然后用DirectDraw進行函數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要比雙緩沖技術應用起來更加快捷，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，緩沖技術能為游戲渲染提供更好的展示效果。

三、結論

本文主要闡述了3D游戲引擎的構架并簡要分析了動畫模型在3D規格界面的調用、動畫模型在3D游戲中的顯示這兩方面的技術，隨著游戲業的日益發展，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上的突破會變得越發重要。