電子游戲本就是元宇宙的雛形，因此，電子游戲技術中的游戲引擎、3D圖像渲染、云游戲等也為元宇宙的內容制作提供了強大的技術支撐。

一、游戲引擎

1.游戲開發的利器

自從電子游戲在20世紀六七十年代出現以來，就深受人們的喜愛。龐大的市場和持久強勁的消費需求為游戲廠商帶來巨額利潤。知名游戲《王者榮耀》單在2020年就為騰訊在全球吸金23.5億美元。每天都有大量的游戲從工作室走向市場。游戲市場的空前繁榮，游戲玩家對游戲的規模、游戲畫面的質量、游戲設計的難度等需求日益提升。在市場的推動下，產生了游戲引擎這個游戲開發的核心工具，它為游戲行業的繁榮產生了巨大作用。

游戲開發的過程大致就是開發人員在計算機、音響、顯示器等硬件設備上，基于程序開發環境，利用開發工具，按照游戲故事線設計游戲項目，并將游戲場景與真實世界融合展示給玩家。在電子游戲開發的早期，由于設備和環境的限制，游戲需要的各種程序功能只能由游戲開發團隊自己開發。而隨著游戲規模越來越大、游戲設計越來越復雜，中小型游戲開發商很難通過人工的方式快速完成游戲開發。隨后出現了游戲開發的中間件，即擅長特定領域的開發者們提供了一種能夠跨機通用的簡單便捷的工具程序，以實現游戲所需特定機能，例如3D建模，紋理或聲音的數據制作等。當這些零散的部分功能匯聚成一條“游戲開發內容生產線”的時候，游戲引擎應運而生。

游戲引擎是指一些已編寫好的可編輯計算機游戲系統，或者一些互交式實時圖像應用程序的核心組件，供開發人員高效、便捷地設計和編寫游戲程序需要實現的功能。游戲引擎將游戲中的所有元素有序地組織在一起，讓游戲設計者能夠高效快速地設計出游戲程序，而不是從零開始。游戲引擎由硬件管理、開發環境、場景構建及游戲設計等部分構成。

游戲引擎的構成

硬件和開發部分偏向后端管理，即主要負責游戲引擎的硬件資源的管理與使用以及為開發人員使用引擎、靈活裝配功能組件提供支持。游戲設計主要是通過數學庫與人工智能對游戲的邏輯、關卡進行趣味性設計。游戲引擎最核心的部分主要是場景構建中的渲染引擎和物理引擎。

渲染引擎通過光照、陰影、動畫、粒子特效等子系統，實現光影的投射與反射等光學效果，是游戲體現真實感、交互性的關鍵組成。例如在模型動畫系統中，渲染引擎通過預先植入的設計代碼，在模型基礎變形的基礎上實現人物或動物活動的自由操控，或者對極具特征性的事物進行渲染，比如頭發和毛皮。由于頭發和毛皮具有一定特征的彩色發絲構成的復雜有機結構，本身擁有獨特的半透明與反光屬性，還會對重力或風吹等外力產生反應，且數量較多，所以生成逼真的圖像是普通的計算機設備難以實現的，必須利用高性能的渲染工具。在3D模型制作完成后，渲染引擎根據游戲的需要，將動畫、光影、聲音、特效等融為一體，并根據后臺編寫的代碼將所有的效果渲染到游戲中，產生最終輸出的畫面質量。

頭發渲染示例

物理引擎是遵循現實物理規律對虛擬世界環境的真實模擬，以提高游戲的逼真效果，包括碰撞檢測系統、物理模擬系統等。碰撞檢測系統，主要用來合理描繪虛擬世界中模型與模型之間的物理關系，以提高場景的交互真實感。例如，人物在開車時遇到障礙物會產生“翻車”等，為凸顯游戲的逼真性，碰撞檢測系統需要通過對游戲中各項虛擬物體模型邊緣的探測，從而產生逼真的觸感與物理反應。物理模擬部分，包括重力、剛性物理、柔性物理等，進一步豐富了虛擬場景對運動中的真實世界的模擬。

2.元宇宙的創作工具

因為游戲引擎的存在，曾經專業的游戲制作環節逐漸工具化、可操作化，讓游戲的創作變得更加簡便高效。這也就意味著，在元宇宙中普通人都有機會利用相關的軟件或工具，構建出自己心中的虛擬世界。

從當前游戲引擎的現狀來看，游戲引擎技術的發展已經十分成熟。目前無論是主機游戲、PC端游戲還是移動端游戲都離開游戲引擎的開發。游戲引擎也出于其強大的建模及渲染能力，從游戲行業中走出，拓展到影視制作、工業設計等多市場領域。供給側方面，全球涌現出大量優秀的游戲引擎，例如虛幻引擎(Unreal Engine)、Unity、寒霜引擎(Frostbite Engine)、尖叫引擎(Cry-Engine)、起源(Source)、IW Engine等。其中比較受歡迎且如雷貫耳的游戲引擎當屬虛幻引擎和Unity了。

以Unity為例，Unity是由Unity Technologies公司開發的一個讓玩家能夠輕松創建諸如三維視頻游戲、建筑可視化視頻、實時三維動畫等類型互動內容的多平臺的綜合型游戲開發工具，《王者榮耀》、《使命召喚國服手游》、《爐石傳說》、《神廟逃亡》等一些廣為人知的游戲就是Unity開發的。

Unity Technologies公司成立于2004年，其前身是一家名為Over the Edge Entertainment(OTEE)的游戲公司。雖然OTEE沒有推出拿得出手的游戲作品，但是多款游戲的打磨為OTEE積攢了大量的游戲技術開發經驗并促使其進行戰略轉型。更名為Unity后，Unity Technologies開發了適用于Mac OS X操作系統的應用，并獲得一致好評。隨后，Unity成功覆蓋PC、手機、主機等幾乎所有的端口。Unity始終貫徹開發大眾化原則，將最有效率的開發工具提供給游戲開發者，及時解決開發中遇到的困難。截至2020年6月30日，Unity在全球超過190個國家和地區擁有每月約150萬活躍用戶。2019年，這些開發者開發的應用程序在超過15億臺獨立設備上每月被下載超過30億次。在中國市場，超過70%的手游都使用Unity開發。

2020年，Unity成功在紐交所順利上市，Unity開盤價為75美元，較發行價漲44.2%，市值一度超200億美元，收盤后Unity股價為68.35美元，較發行價上漲31.44%，市值為180億美元。Unity也不再將其自身定位于游戲引擎，而是創建和操作交互式實時3D內容的平臺，包括VR/AR的內容實時創作等，應用于包括游戲、3D藝術、建筑、汽車工業、電影制作等多個行業領域。例如，Unity在2021年1月正式發布了一部具有中國傳統美學元素的講述愛與成長的溫情動畫短片Windup，該短片攬獲19項全球級別的電影節提名、斬獲5個獎項，并且正式獲得2021年奧斯卡參選資格。該動畫短片最大的亮點在于整部影片都是實時渲染的，單幀渲染時間小于33毫秒，相比于傳統的動畫電影要快幾百萬倍。與此同時，實時渲染的所見即所得功能，能夠使動畫團隊在制作的過程之中一旦發現問題，就可以立即修復、實時調整，在不同部門的協同努力下高效完成制作。Unity這種高效且協作性較強的虛擬內容制作軟件或平臺是元宇宙建設必不可少的工具。

Unity利用實時渲染技術制作的動畫短片Windup

二、云游戲與觸手可及的元宇宙

未來的元宇宙一定不是少數人的狂歡，而是一個任何人都能夠輕松進入的虛擬世界。這就必然面臨著一個問題，那就是進入信息量超載的虛擬空間并在其中建設、創造、社交、玩樂，這對用戶的硬件設備的要求極高。而這勢必會將一大部分用戶擋在元宇宙的大門之外。隨著5G和云計算技術的成熟及廣泛應用，云游戲正在成為游戲行業的重要發展趨勢，對于元宇宙而言，也是極為有益的探索與嘗試。

所謂云游戲是指以云計算為基礎的游戲方式，在云游戲的運行模式下，所有游戲的計算和渲染都在服務器端運行，并將渲染完畢后的游戲畫面壓縮后通過網絡傳送給用戶。而在傳統游戲模式下，游戲在本地計算機上運行，對于以高成本、高體量、高質量為特征的“3A 游戲大作”來說，往往需要較高的硬件配置才能匹配游戲精良的畫質和復雜的動作設計。云游戲則將內容的存儲、計算和渲染都轉移到云端，所有游戲邏輯和渲染完畢后的游戲畫面將被壓縮，再通過解碼形成實時的游戲畫面串流到終端進行顯示，最終呈現到玩家眼中。游戲的運行并不是在玩家自己的設備上而是在遠程服務器上運行，相當于萬千玩家共同集資購買了一個性能超級強大的計算機，然后共享使用。因此，只要有暢通的網絡，用戶就可以不用購買高端游戲硬件配置，也可體驗精彩的游戲效果，從而讓更多的玩家可以進入精彩絕倫的游戲世界。推此及彼，元宇宙也是同樣的道理。

云游戲與本地游戲的區別

云游戲成為未來游戲發展趨勢之一，不僅在于玩家的可接入性變強，也在于人們生活習慣的改變。隨著智能手機性能的不斷提高、生活節奏加、日常時間碎片化，人們對于移動型游戲設備更加青睞，移動端游戲為云游戲市場提供了足量的釋放空間。根據國外研究機構Newzoo發布的《2021年全球云游戲市場報告》數據顯示，至2021年底，云游戲服務付費用戶總數將達到2370萬，而到2024年這個數量將增至6070萬。其對云游戲服務的支出消費在2021年大約為16億美元，將增長至2024年底的65億美元。

從市場角度來看，云游戲的崛起是游戲市場的一個新的增長點。云游戲平臺的搭建需要龐大的資金與技術支持，吸引了微軟、谷歌、騰訊、英偉達等科技巨頭的參與，也迎來了移動、聯通等網絡基礎設施運營商的加入。例如英偉達不僅是領先的計算機圖形圖像及半導體公司，也是領跑全球市場的幾大云游戲公司，旗下的云服務GeForce NOW深受用戶喜愛。據稱英偉達出下一代云游戲平臺GeForce Priority在PC或 Mac計算機系統上運行速度高達 120 FPS，能夠給玩家帶來更好的游戲體驗。

英偉達GeForce NOW云游戲平臺

實際上，一些玩家實際體驗云游戲之后，認為云端運算的延遲永遠不可能優于本地運算，短期內云游戲想成為游戲主流依舊困難。網絡延遲、外設適配、解碼能力、卡頓頻繁、費用模式上等依舊是待解決的問題。當云游戲的這些問題能夠迎刃而解，那么元宇宙也就觸手可及了。

本文截取自《認識元宇宙——源起、現狀、未來》

作者：唐江山

出版社：機械工業出版社