1.      3D游戏引擎、仿真软件和图形引擎概述
目前3D图形技术大量应用于游戏和仿真领域，从技术实现上可分为基础层、中间层和应用层三个层次，如图1所示。基础层主要是3D加速硬件和厂商提供的基本的API函数接口；中间层则是根据游戏和仿真各自不同的需求编写的公共引擎或软件（在游戏领域多称之为XX游戏引擎，仿真方面一般称为XX仿真软件或XX仿真环境）；应用层则是具体的游戏产品或仿真应用。
可以看出，一个良好的游戏引擎（仿真软件）是一款游戏产品（仿真应用）的基础，在一个相对成熟的游戏引擎基础上，游戏开发商能很快地根据需要开发出相应的游戏产品，仿真软件商也能很快地为客户建立各种仿真应用。因此，在目前市场上，3D开发的主要竞争集中在中间层次，谁占领了这个层次，谁在竞争中就有更大的胜算，这也就是市场上有这么多各式各样种类繁多的引擎和开发包的原因。
3D游戏引擎和仿真软件同处于中间层，但他们各自有着不同的侧重，但有一点是共同的：他们都拥有强大的3D图形引擎作为表现输出的基础。
1 3D图形技术在游戏开发和仿真软件开发中的层次关系
图
2.      3D游戏引擎及相关产品
2.1 3D游戏引擎
3D游戏引擎主要由如下几个方面组成：
  ① 3D图形引擎
  ② 声音引擎
  ③ 物理引擎
  ④ 控制引擎
  ⑤ 人工智能或游戏逻辑
  ⑥ 游戏GUI界面（菜单）
  ⑦ 游戏开发工具
  ⑧ 支持局域网对战的网络引擎开发
  ⑨ 支持互联网对战的网络引擎开发
  下面逐一介绍每个部分：
  图形引擎主要包含游戏中的场景（室内或室外）管理与渲染，角的动作管理绘制，特效管理与渲染（粒子系统，自然模拟（如水纹，植物等模拟）），光照和材质处理，LOD(Level Object Detail)管理等，另外还有图形数据转换工具开发，这些工具主要用于把
美工用DCC软件（如3DS Max，Maya，Soft XSI，Soft Image3D等）软件制作的模型和动作数据以及用Photo shop或painter等工具制作的贴图，转化成游戏程序中用的资源文件。
声音引擎主要包含音效（Sound Effect简称SE），语音(VOICE)，背景音乐（Background music简称BGM）的播放。SE是指那些在游戏中频繁播放，而且播放时间比较短，但要求能及时无延迟的播放，VOICE是指游戏中的语音或人声，这部分对声音品质要求比较高，基本上用比较高的采样率录制和回放声音，但和SE一样要求能及时无延迟的播放，SE在有的时候因为内存容量的问题，在不影响效果的前提下，可能会降低采样率，但VOICE由于降低采样率对效果影响比较大，所以一般VOICE不采用降低采样率的做法。BGM是指游戏中一长段循环播放（也有不循环，只播放一次）的背景音乐，正是由于BGM的这种特性，一般游戏的背景音乐是读盘（光盘或硬盘）来播放。另外一些高级声音特效，如EAX，数字影院系统(DTS5.1)，数字杜比环绕等。
物理引擎主要包含游戏世界中的物体之间、物体和场景之间发生碰撞后的力学模拟， 以及发生碰撞后的物体骨骼运动的力学模拟（比较著名的物理引擎有havok公司的game dynamics sdk，还有open source 的ODE—Open Dynamics Engine）。
控制引擎主要是把图形引擎、声音引擎、物理引擎整合起来，主要针对某个游戏制作一个游戏系统，其包含游戏关卡编辑器，主要用途是可以可视化的对场景进行调整，光照效果和雾化等效果调整，事件设置，道具摆放，NPC设置，另外还有角编辑器，主要用于编辑角的属性和检查动作数据的正确性。一般日本游戏公司的做法，他们会把关卡编辑器和角编辑器直接做到游戏中，所有的参数调整都在游戏中通过调试菜单来进行编辑，所以一般他们把这部分调试菜单的功能做的很强大，同时在屏幕上实时的显示一些重要的信息，这样做的好处是关卡编辑器调整的效果直接就是游戏的效果，但是对于程序的重用性来说可能不是很好，比如说要用到另外一个游戏项目中就比较难，除非两个游戏类型相同，只要把场景和角数据换一下，还有做下一代产品也没有问题，只要根据式样增加调试菜单的功能就可以了。
  人工智能和游戏逻辑开发，这部分日本和欧美的游戏开发模式也有很大不同，在欧美游戏公司中运用脚本语言开发很普遍，所以这部分程序开发主要是用脚本语言编写，而且脚本程序和游戏程序的耦合性很低，有单独的编辑、编译和调试环境，这样比较利于游戏程序和关卡设计开发分开，同时并行开发，所以一般他们都会有专门做关卡设计的程序员岗位。而日本游戏公司脚本语言一般和游戏的耦合性比较高，一般通过一些语言的宏功能和
一些编译器的特定功能来完成一个简单的脚本系统，所以一般这些脚本程序只能在游戏程序中进行调试，而不能在一个单独的脚本编辑，编译环境中进行开发。
  游戏GUI界面（菜单），主要是指那些游戏中用户界面设计，有做的复杂，有简单的，做的简单就是2D GUI界面，做的复杂有3D GUI界面。
游戏开发工具主要包含关卡编辑器，角编辑器，资源打包管理，DCC软件的插件工具等开发。
  支持局域网对战的网络引擎开发，主要解决局域网网络发包和延迟处理，通讯同步的问题，有同步通讯和异步通讯两种做法，异步通讯用于那些对运行帧速要求比较高的游戏，同步通讯相对异步通讯来说效率相对低，但是同步通讯的编程模型相对异步通讯来得简单一些。
支持互联网对战的网络引擎开发，目前大部分网游都是C/S结构的，服务器端软件配置管理，服务器程序的最优化，还有游戏大厅、组队、游戏逻辑处理、道具管理、收费系统等。另外还有一些网络系统是C/S和P2P两种结构混合的，如XBOX Live等。
2.2 主要3D游戏引擎产品
（1）id Software公司的Quake、Quake II和Quake III引擎。id Software堪称是全球游戏产业第一技术供应商，有大量的游戏基于该公司的Quake 系列引擎进行开发，著名的《半条命》采用的就是Quake和Quake II引擎的混合体。Quake II的授权模式大致如下：基本许可费从40万美元到100万美元不等，版税金视基本许可费的多少而定，40万美元的许可费大约需提取10%以上的版税金，100万美元的许可费则提取很少一部分版税金。另外，目前Quake III引擎价格大约为70万美元。
图2 游戏《半条命2》效果图
特效资源网
（2）Epic Megagames公司（即现在的Epic游戏公司）的Unreal Tournament引擎。从画面方面看Unreal Tournament引擎和Quake差不多，但在联网模式上，Unreal不仅提供有死亡竞赛模式，还提供有团队合作等多种激烈火爆的对战模式，另外Unreal Tournament引擎不仅可以应用在动作射击游戏中，还可以为大型多人游戏、即时策略游戏和角扮演游戏提供强有力的3D支持。Unreal 2的买断价是75万美元，或者35万美元买下开发许可权，而后从售出的每一份游戏中提取版税金。
3 Unreal Tournament 2007效果图
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（3）Monolith公司的LithTech引擎。LithTech引擎的开发共花了整整五年时间，耗资700万美元，LithTech引擎除了本身的强大性能外，最大的卖点在于详尽的服务，除了LithTech引擎的源代码和编辑器外，购买者还可以获得免费的升级、迅捷的和电话技术支持，LithTech引擎的平均价格大约在25万美元左右。
（4）3D GameStudio。德国开发的3D游戏著名工具软件，已经有上百种使用该引擎的游戏公开发行。3D GameStudio引擎结合了高端的3D引擎，2D引擎，物理引擎，地图和建模编辑器，脚本编译器和大量的3D物体库，工艺品和半成品的游戏，使得更容易的制作第一人称游戏、第三人称游戏、角扮演游戏、滚屏游戏、飞行模拟器、棋类游戏、运动类游戏、及时战略游戏以及虚拟展示应用程序。该产品官方价格大约为人民币9000元。

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