这篇文章说明了游戏引擎的分层架构，初探游戏引擎。

在《游戏引擎架构》这本书中，有一幅著名的架构图：

看起来十分复杂，让人劝退。因此得进行分层，先进行一个快速入门。

工具层

工具层（Tool Layer），提供了一系列工具链，例如引擎UI，编辑器等，让任何人都可以自由的去创作游戏。

除了自己制作的编辑器（Qt，WPF，HTML等方式）外，还能利用其他著名软件的编辑器。用它们创作的数字资产可以通过 Asset Conditoning Pipeline（各种各样的导入器和导出器）进入我们的游戏引擎中。

功能层

功能层（Function Layer），为游戏提供基本的物理、动画、渲染、相机、HUD、人机交互（输入）、脚本、音频、AI等等功能。

让游戏世界动起来

像现实世界的时间由“秒”驱动那样，游戏也有一个计时单位——tick ，每次进行1tick，游戏就会进行某个操作（如上图）。1tick通常是1/30秒。

先模拟再渲染

在GAMES101里也说过，我们应该先模拟再渲染，将tick操作拆分成模拟/逻辑（Logic）和渲染（Render）两部分。

对于模拟部分，它通常包含对玩家输入、物体移动、物体碰撞等等的处理；对于渲染部分，会对场景着色、光照等等方面进行处理。

使用多线程

现在已经进入到多核时代，对于功能的计算和处理应该并行的进行。主流是多线程加速，但仍吃不满每核的性能，更先进的是JOB System，将每种功能的计算和处理视为原子操作，吃满每核的性能。

对于这方面的难点是 依赖处理 ，例如角色的攻击动画可能需要好几个功能先后参加，如何高效并行让它们执行，使得流程更高效是个问题。

资源层

资源层（Resource Layer），各种各样的游戏文件都需要资源层来加载和管理，为游戏引擎提供资产服务。

将资源变成资产

各种各样的资源文件让一起读取是很麻烦是费事的，不妨将它们 转换为我们引擎独有的资源文件（.assets）并进行导入操作，可以高效使用和管理它们。

操作完成后，我们得到了离散的资源文件。很显然，有的资源文件是有关联的（例如某物体的模型文件和贴图文件），我们可以 用XML格式等定义一个混合资产文件(Composite Asset) ，让游戏引擎知道哪些资产是有关联的。

在现代游戏引擎中，我们希望 给每个资产设立一个唯一识别号（GUID），就像公民身份证号一样，独一无二。

实时资源管理器

在使用游戏引擎的过程中，我们需要一个实时的资源管理器来让我们更好的进行工作。该管理器是一个虚拟的文件系统，可以加载/卸载路径引用上的资产文件；该管理器通常是一个 handle system，管理资产的生命周期。

管理资产的生命周期

不同的资产有着不同的生命周期。例如过关游戏，每当玩家通关时，它就会卸载上一关的资源，并加载下一关的资源。在这一过程中，难免会造成卡顿，因此如何更好的进行 垃圾回收（GC）和 延迟加载（Deferred Loading）等资产管理的解决方案仍是需要解决的问题。

核心层

核心层（Core Layer），是游戏引擎的瑞士军刀，提供各种各样的工具（线程库、内存分配管理、数学库等），为上层的各种操作提供服务。

数学库

游戏引擎的数学库涉及到的知识一般不深（除了一些物理），大学线性代数基础就行。

数学库为什么要单独写，因为涉及到了优化问题。游戏中任何操作都是实时的，这就要求我们写的数学库效率得高。SIMD技术是最常使用的。

数据结构和容器

游戏引擎的数据结构和常用容器也需要自己写。以C++STL容器为例，它在进行高频数据插入/删除时会在内存中产生大量空洞，而且内存使用是不受控制的。因此，我们自己写的数据结构就得规避以上问题。

内存管理

游戏引擎就像操作系统，其内存管理也是很重要的一环。我们可以使用内存池等方法进行内存管理。

综上，Core层代码都是很牛逼的人写的，它应该由高性能代码和牛逼架构组成，平常最好不要碰它。

平台层

平台层（Platform Layer），用户的设备千千万万，输入方式各不相同，游戏引擎都需要对这些平台进行适配，将它们不同的输入和软件等“翻译”成同种语言，给游戏使用。

本层的目的就是尽量消除各平台差异，制定一个统一的标准。方便开发人员进行工作。

RHI（Render Hardware Interface）

对于图形API，在安卓上用到OpenGLES，在mac上用到Metal，在Windows上用到DirectX/Vulkan，在Linux上用到Vulkan…… 可以发现如果我们不制定一套统一的标准，写这些代码就会很煎熬。

于是就有了RHI，RHI对内编写了针对各平台的多种GPU和图形API的相关代码，并封装成统一的接口方便供上层使用。

不同的硬件架构

对于不同的平台（例如PC和主机），它们的硬件架构可能也不一样，平台层同样也要针对这些不同的硬件架构去做不同的优化。

第三方中间件

在各个层级中，我们也可以直接使用很成熟的第三方中间件来简化构建游戏引擎。

有些中间件需要和游戏引擎一起进行编译，有的只是通过文件和游戏引擎“对话”。

总结

1. 引擎是分层架构的。
   1. 通过抽象化和分层，可以明确每层的职责，以至于在架构时不那么混乱。
   2. 分层结构的代码，越上层越灵活（可以随时更改），越下层越稳定（写好就不推荐再改了）。
   3. 尽量只让上层的东西去调用下层的。
2. 驱动游戏世界的核心——tick

参考资料

• GAMES104 (boomingtech.com)
• 游戏引擎架构(3e)