从0开发3D引擎(八):准备“搭建引擎雏形”

2023-07-29,,

大家好,现在开始本系列的第三部分,按照以下几个步骤来搭建引擎雏形
1、分析引擎的需求
2、实现最小的3D程序
3、从中提炼引擎原型
4、一步一步地对引擎进行改进,使其具备良好的架构
5、实现与架构相关的功能,如“多线程渲染”、“延迟渲染”等功能

本文进行第一步,分析引擎的需求。

业务目标

1.手把手教读者如何从0开发3D引擎
2.学习函数式编程及其在3D领域的应用
3.学习3D编程中基础的功能实现,如纹理、光照、模型等
4.学习引擎的设计和架构,如Data Oriented、多线程等

本系列开发的引擎属于最简化的引擎,读者可以根据自己的需要在此基础上对引擎进行扩充,满足自己的应用场景。

范围

简单渲染
引擎只有最基础的光照和纹理功能。
简单交互
引擎只能通过“操作相机”来交互。
适当的扩展
引擎支持主要的扩展方式,如使用脚本组件来插入用户逻辑,实现动态场景。

Feature

最小功能
完全函数式的架构
支持良好的扩展性
优秀的性能

上下文

开发者
开发者是直接使用引擎来开发Web 3D应用的程序员。
编辑器
编辑器属于对引擎的二次开发。它对引擎进行封装,以“所见即所得”的方式向用户提供对Web 3D场景编辑的界面,从而使用户可以很方便地开发Web 3D应用。

功能性需求

GameObject和Component
引擎是ECS架构,场景是由多个GameObject组成,而每个GameObject又由多个组件(Component)组成。
其中,组件包括Transform、Geometry等。
多线程渲染
如果浏览器支持Shared ArrayBuffer和OffscreenCanvas,那么引擎可以打开多线程渲染,使用两个线程:主线程和渲染线程。
前向渲染和延迟渲染
引擎支持前向渲染和延迟渲染,用户可以选择其中一种进行渲染。
光照
引擎只支持方向光。
纹理
引擎只支持最基本的纹理。
Scene Graph
引擎使用自定义的wdb格式保存场景数据,并支持它的导入和导出。
相机
引擎支持用相机与场景交互,包含几个子功能点:

支持透视投影相机
事件
引擎绑定和封装了事件,统一了pc端和移动端的事件。
支持相机控制,如漫游相机
扩展
引擎支持用扩展来实现自定义功能,包含几个子功能点:

自定义渲染管道
脚本组件
自定义材质

非功能性需求

引擎对于“质量”要求高,因为它是需要长期开发和维护的项目,而且具有很高的技术复杂度。

开发期质量

高可扩展性
因为本系列开发的引擎属于通用引擎,需要支持各种应用场景,所以要求引擎便于扩展。
本系列主要通过脚本组件等功能来支持扩展。
高可维护性
引擎需要长期维护,所以需要引擎代码健壮,易于维护。
本系列主要通过契约检查、强类型语言Reason自带的编译检查、代码重构来确保可维护。
低可测试性
照理说,引擎需要很高的可测试性,这样在长期的开发中能显著降低错误率,提高效率。但是本系列为了节省篇幅,没有写自动化测试用例,而是通过“运行测试”来验证正确性。
建议读者在实际开发中,保证较高的自动化测试覆盖率。

运行期质量

高性能
因为使用引擎渲染的3D应用,特别是3D游戏,至少需要每秒30帧才能流畅运行,所以引擎对于性能要求很高。
本系列在搭建引擎雏形时,会进行多次性能测试,从而保证使用最佳性能的方案来构建引擎底层。

从0开发3D引擎(八):准备“搭建引擎雏形”的相关教程结束。

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