自製遊戲引擎 - GameMachine (序)

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大概是在幾年前，我在工作之餘接觸了計算機圖形學，彷彿是打開了一個新世界的大門。於是，我開始決定利用自己的空閑時間，寫一個遊戲引擎，其出發點完全是覺得非常有意思，而且遊戲引擎，所涵蓋的面非常廣泛，正好滿足了自己的求知慾。我把這個引擎叫做GameMachine，希望它能夠有朝一日成為真正能夠產出遊戲的機器，從目前看來，它的價值僅僅停留在學習階段，而非真正的生產階段，不過，對於一些簡單的3D遊戲，它還是能夠勝任的。

目前此項目託管在github上：

https://github.com/Froser/gamemachine?

github.com

歡迎大家fork，參考和學習。如果需要用於生產環境，請務必通知我。

在編寫GameMachine的時候，我遵循著幾點原則：

1、用盡量少的第三方庫。很多基於OpenGL的引擎，作為教學，往往都會使用glut這樣的庫，因為它是支持跨平台的，並且功能比較完善。但是，GameMachine能夠自己寫的代碼，都自己寫。如目前GameMachine已經支持了Windows和X11下的窗口的渲染。只有自己實現，才能滿足自己真正的需求。GameMachine用到的第三方庫主要有zlib、glew、libjpeg、libpng、freetype等，這些庫幾乎用於所有需要圖像渲染的工程，因此沒有必要自己重新實現。

2、設計的時候要考慮到跨平台。GameMachine希望能夠在各種平台上運行，目前已經能夠在Windows和Ubuntu下跑起來（Ubuntu支持的特性目前不全）。因此，它抽象出了很多介面，適應於不同的操作系統。同時，它使用CMake來管理工程，使得任何常見的操作系統都能夠構造解決方案。

3、要能夠支持多種渲染引擎。GameMachine抽象了許多繪製的介面，這些介面已經用OpenGL或DirectX11實現。當然，它也可以支持更多的渲染引擎，如DirectX12和Vulkan。我在編寫渲染代碼時，十分重視它這種擴展的特性。

4、效率優先，大小其次。遊戲引擎渲染出來的畫面要儘可能流暢，本身exe大小大一點沒有關係，畢竟和遊戲資源比起來，exe的大小可以忽略不計了。因此，在編寫的過程中，非常重視一些細節，如：是否能用移動構造代替拷貝構造，是否能避免多次分配內存，內存池是否合理，是否會有內存泄露。

我會在之後逐個來解釋GameMachine是如何實現的。現在先來說一下，GameMachine能做一些什麼事情：

目前，功能正在不斷開發中。具體的架構和實現原理，我將會在後面的文章進行分析。

通過編寫GameMachine，可以了解一下方面的相關知識：

語言方面：

1. 了解C++11/14許多特性。如auto, decltype，右值引用，move，完美轉發，甚至還有模板元編程等。這些在代碼中都非常普遍。

2. 深入了解各種容器，如vector, list, map, unordered_map等。它們的應用場景都不一樣，一切是為了最優的效率。

工程方面：

1. 了解設計模式。為了支持多個渲染底層，以及多種操作系統，不得不在一些看似直截了當的功能中加入了一些抽象層，其中用得最多的是工廠模式。不同的渲染底層、操作系統，將會返回不同的實例。

2. 了解渲染的整個流程。這裡指的是窗口的創建過程，消息循環和處理。為了解耦不同操作系統不同的消息機制，GameMachine自己封裝了個事件類來傳遞消息（參考Qt）。

3. 了解圖形渲染管道。在可編程著色管線中，OpenGL3和DirectX11其實是大同小異，因此可以抽象出它們通用的部分，這樣上層渲染時就不必關心底層是用什麼來渲染了。

當然，能夠了解的知識真的太多了，這裡不能一一列舉。但是，我個人從寫了GameMachine以來，受益良多，希望大家能夠多多指教，github的主頁有一個簡陋的構建指南，如遇問題，請多多交流。

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