关于游戏引擎的认知

这里整理了一些近期的材料，和对游戏引擎未来的设想。

背景

2020年，全球游戏市场规模约2000亿美元，用户规模约27亿。中国游戏市场销售收入约500亿美元，用户规模约6亿。

作为对比，同时期全球云计算市场规模约2200亿美元，中国约200亿美元。

游戏市场规模扩大的同时，产业链也日趋成熟：

研运（研发、发行、运营）

分发渠道（三方商店如应用宝、硬件厂商如huawei、运营商、垂直渠道如taptap）

用户服务（媒体、语音、加速器、交易）

产业服务（游戏引擎、云服务、支付、信息流广告、数据分析、ASO、IP供应）

对于游戏硬件平台的收入分布，移动设备约50%，主机约30%，PC约20%。

此外，国内游戏产业值得注意的趋势是：

游戏出海。头部厂商例如FunPlus，米哈游，莉莉丝，腾讯，网易。

内容为王。渠道和流量红利减弱，开始拼研发水平，一些具有产品实力的中小团队在steam上崭露头角。如罗子雄团队的Party Animal，游戏科学的黑神话悟空。

上海崛起。2020年，33%的游戏求职者迁入上海（深圳为11%，成都为6%）。

越是大型的游戏，越离不开游戏引擎。其大致分为商业引擎（如Unity，Unreal）、免费引擎（如Godot，Ogre3D）和自研引擎。游戏引擎的不可或缺之处在于其提供了内容制作（强大的数字内容生产工具链）、跨平台能力。同时由于商业引擎大都可提供实时渲染、物理模拟等功能，也开始应用在游戏以外的领域。

商业游戏引擎近况

Unity

近年来，Unity由Entity-Component-System (ECS)架构切入，主推CPU友好的DOTS解决方案。其Scriptable Render Pipeline (SRP)以先进的设计思想，理论上可以定制出比Unreal更高效的渲染效率，受到开发者高度评价（链接），甚至技术美术都可以自己改渲染管线。

Unity公司除了引擎本身，还提供云托管、云测试、广告系统。Unity的2020年总收入约7.7亿美元。这是因为引擎本身占游戏收入的分成很有限，并且头部厂商具有自研引擎的能力。所以Unity正大力发展游戏以外的业务。截至2020年底的793个年缴费超过10万美金的客户中，有60个来自游戏以外的行业。例如船厂车间和船坞设施和空间布局规划。

Unreal

Unreal的底层架构还是OO而没有ECS方案，其主攻方向是以GPU Driven，以优化pipeline层面的性能。工程难度很大，例如一个复杂的粒子系统可能就没法完全 GPU Driven 而需要重新设计。Unreal在pipeline方向上的工作还有很多，例如自行实现的chaos物理引擎就尝试引入可编程管线的思想，如果落地将是另一个创举。

Unreal 5 的新特性：Nanite (虚拟几何体，运行时自动LOD)，Lumen（动态全局光照）。此前游戏3D物体的制作流程是：基本形--(雕刻)-->高模--(拓扑)-->低模-->游戏引擎； 高模--(烘焙)--> 法线贴图等贴图 --> 游戏引擎。游戏引擎运行时根据算法进行LOD（普通LOD会导致远处巨大物体细节丧失，快速移动时远处物体突然出现）。现在有了 Nanite，高模可以直接导入游戏引擎且不需要LOD算法。而且高模可以直接来自3D扫描器（例如Quixel Bridge）。大大节省了美术制作流程，提高了细节表现。关于光照，此前全局光效果多采用烘焙，只适用于场景中静态的物体（也不能支持昼夜交替），因此要和局部的动态光相互配合；另一种解决方案光线追踪需要专门的硬件支持。Lumen则不依赖光追硬件，来实现近似光追达到的全局光效果。

基础技术

引擎技术的革新往往源于基础技术的革新，例如 GPU Direct Storage (Nvdia RTX IO，读取带宽从顶级SSD的7GB/s，提升到14GB/s，同时CPU占用变为原来的1/4)。又如 GPU RT Core（Nvdia Turing GPU Architecture），通过在SM内集成专用的光线追踪求解模块（专用的ASIC流水线）射线与三角形求交，较 compute shader 有数量级的提升。

作为引擎开发岗，除了关注前沿技术外，修炼基本功更是重要。举几个例子：

数学和物理。数学主要是三角学、线性代数、微积分，可能还需要随机过程、数值分析、偏微分方程；物理主要是力学、光学，电磁学也会有帮助。

C++。 尤其内存管理，对象的生命周期管理。

数据结构。

计算机体系结构。比如一些加速技术（多线程、缓存等）和硬件特性（带宽、发热原理等）。

渲染及API。OpenGL/DX/Vulkan。

游戏引擎子方向

几个主要的子方向有：渲染, 动画, 仿真, 游戏AI，管线工具。

关于技术美术

上文谈到游戏引擎开发的几个方向，其中渲染方面主要是图形程序员负责的。而在国内一些大公司里，图形程序员和技术美术（TA）的边界似乎是比较模糊的。区别是目的：TA的目的是使用技术做出项目需要的效果，属于内容制作团队，图程的目的是技术实现和优化，属于引擎工具团队。不过这是理论情况，现实情况是假如使用Unity引擎或自研引擎，由于工具链还不完善，所以TA会涉及更多技术方面，例如修改渲染管线。

所以，成为一名优秀的TA，核心能力可能并不是技术，而是美术，譬如美学解构能力。

另参考：美术工作者如何点亮TA的技术（Technical ）技能树？

作为补充，这里也列举一些国外某工作室技术美术评级参考的技能点。

资产管线方向

3DS MAX, Maya, Photoshop, Substance Painter, Blender, Motionbuilder, Houdini

指导美术师创建符合引擎规范的asset，以及验证规范性；制定项目的Shading/Lighting/Material Model

程序化纹理，DCC脚本

工具开发方向

游戏引擎方向

研究引擎和工具，为美术团队提供培训，建立工作流

性能优化方向

对drawcall，半透明，shader复杂度等有了解

图形调试软件 Nsight, RenderDoc, Intel GPA

平衡性能和画面质量，保证目标帧率

了解CPU，GPU架构，根据目标平台提供性能优化方案

程序化生成方向

灯光照明方向

shader和渲染方向

开发复杂的shader算法，提升画面质量。

对shader性能有深刻了解。

游戏之外，以及未来

目前游戏引擎已经强势涉足的领域还有：

汽车设计、制造、展示、自动驾驶仿真、人机交互界面；

建筑设计、家装设计和展示；

地理信息系统、城市交通规划；

博物馆等展陈项目；

制造业的厂地规划、流水线模拟、监控（船厂、电厂、各类车间）；

技能培训（士兵、医生、工人等）；

另外还有大量实验性的课题：数字虚拟人，metaverse，病毒传播仿真等。

代表公司和项目有：

ESRI公司，旗下的ArcGIS系列软件（包含著名的CityEngine）已开发插件兼容Unity/UE4以实现实时渲染和跨平台（参考这里）。

日本公司historia.inc，与隈研吾建筑都市设计事务所（KKAA）合作项目Multiplication，基于UE4实现虚拟画廊和奇幻建筑。该公司还涉足游戏、汽车、建筑和广播行业。

扎哈·哈迪德建筑事务所（ZHA），基于UE4及Twinmotion进行建筑可视化和云端演示。

通用汽车，基于UE4开发人机界面（HMI）并用于GMC悍马EV。

华为，河图项目。切入点是重现敦煌当年面貌，主打AR地图。

风语筑，设计政务服务、城市文化体验、文旅、广电MCN、新零售体验和数字艺术消费。

阿里旗下的躺平设计家，主要是室内装修效果图。

光辉城市，智慧城市数字孪生技术提供商，覆盖建筑设计从创作到交付全流程。

51World，数字孪生技术提供商，基于UE4提供交通、地产、港口、园区等数字化能力，以及自动驾驶仿真软件51Sim-One。

没有把云游戏放进游戏引擎的范畴是因为云游戏取决于商业模式，与新技术已经没有任何关系（参见我在知乎上的回答：5G的出现对游戏领域会有多大的影响？）。

就中国游戏行业自身来说，伴随着经济的迅速发展和工业化完成，按照美国和日本的历史规律，接下来文化产业也会迎来爆发式的发展。中国游戏行业也会在未来十年内迅速提升在全球的影响力。

未来一定是属于虚拟世界的。环顾四周，唯有游戏引擎有潜力成为创建虚拟世界的工具。换句话说，从事游戏引擎开发便是参与人类最浪漫的梦想之一：创世。

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