自定义游戏引擎，从0到1自己实现底层逻辑

接下来我们将详细实现一个简单的自定义游戏引擎，从底层逻辑开始。为了简化实现，我们将使用 C# 和 .NET 库，但我们会尽量保持代码的通用性，使其可以适应其他平台和引擎。

1. 引擎架构设计

首先，我们需要设计一个模块化的引擎架构。一个典型的游戏引擎通常包括以下子系统：

资源管理：管理游戏资源的加载和卸载。渲染管线：负责渲染场景和对象。物理系统：处理物理模拟和碰撞检测。音频管理：管理游戏音效和音乐。输入管理：处理用户输入。脚本管理：管理游戏逻辑脚本。UI管理：管理用户界面。AI管理：处理人工智能逻辑。

2. 资源管理

资源管理是游戏引擎的基础模块之一。它负责加载和卸载游戏资源，如纹理、模型、音频等。

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.IO;

public class ResourceManager

{

private Dictionary resources = new Dictionary();

public T LoadResource(string path) where T : class

{

if (resources.ContainsKey(path))

{

return resources[path] as T;

}

else

{

// 假设资源是以二进制文件存储的

if (File.Exists(path))

{

byte[] data = File.ReadAllBytes(path);

T resource = Deserialize(data);

resources[path] = resource;

return resource;

}

else

{

throw new FileNotFoundException($"Resource not found at path: {path}");

}

}

}

public void UnloadResource(string path)

{

if (resources.ContainsKey(path))

{

resources.Remove(path);

}

}

private T Deserialize(byte[] data) where T : class

{

// 这里可以使用具体的反序列化方法

// 例如：JSON, XML, Protobuf等

return default(T);

}

}

3. 渲染管线

渲染管线负责将场景中的对象渲染到屏幕上。我们将使用一个简单的渲染循环来实现这一功能。

using System;

using System.Collections.Generic;

public class RenderManager

{

private List renderables = new List();

public void AddRenderable(IRenderable renderable)

{

renderables.Add(renderable);

}

public void RenderScene()

{

foreach (var renderable in renderables)

{

renderable.Render();

}

}

}

public interface IRenderable

{

void Render();

}

4. 物理系统

物理系统处理物理模拟和碰撞检测。我们将实现一个简单的物理引擎。

using System;

using System.Collections.Generic;

public class PhysicsManager

{

private List physicsObjects = new List();

public void AddPhysicsObject(IPhysicsObject physicsObject)

{

physicsObjects.Add(physicsObject);

}

public void Simulate(float deltaTime)

{

foreach (var physicsObject in physicsObjects)

{

physicsObject.UpdatePhysics(deltaTime);

}

}

}

public interface IPhysicsObject

{

void UpdatePhysics(float deltaTime);

}

5. 音频管理

音频管理负责管理游戏音效和音乐。我们将实现一个简单的音频管理系统。

using System;

using System.Collections.Generic;

using System.IO;

public class AudioManager

{

private Dictionary audioClips = new Dictionary();

public void LoadAudioClip(string path)

{

if (!audioClips.ContainsKey(path))

{

// 假设音频文件是以二进制文件存储的

if (File.Exists(path))

{

byte[] data = File.ReadAllBytes(path);

AudioClip clip = new AudioClip(data);

audioClips[path] = clip;

}

else

{

throw new FileNotFoundException($"Audio clip not found at path: {path}");

}

}

}

public void PlayAudioClip(string path)

{

if (audioClips.ContainsKey(path))

{

audioClips[path].Play();

}

else

{

throw new Exception($"Audio clip not loaded: {path}");

}

}

public void StopAudioClip(string path)

{

if (audioClips.ContainsKey(path))

{

audioClips[path].Stop();

}

else

{

throw new Exception($"Audio clip not loaded: {path}");

}

}

}

public class AudioClip

{

private byte[] data;

public AudioClip(byte[] data)

{

this.data = data;

}

public void Play()

{

// 实现播放音频的逻辑

Console.WriteLine("Playing audio clip...");

}

public void Stop()

{

// 实现停止音频的逻辑

Console.WriteLine("Stopping audio clip...");

}

}

6. 输入管理

输入管理处理用户输入。我们将实现一个简单的输入管理系统。

using System;

public class InputManager

{

public bool IsKeyPressed(ConsoleKey key)

{

return Console.KeyAvailable && Console.ReadKey(true).Key == key;

}

public bool IsMouseButtonPressed(int button)

{

// 假设我们有一个方法来检测鼠标按钮

// 这里我们简单地返回 false

return false;

}

}

7. 脚本管理

脚本管理负责管理游戏逻辑脚本。我们将实现一个简单的脚本管理系统。

using System;

using System.Collections.Generic;

public class ScriptManager

{

private List scripts = new List();

public void AddScript(IScript script)

{

scripts.Add(script);

}

public void UpdateScripts(float deltaTime)

{

foreach (var script in scripts)

{

script.Update(deltaTime);

}

}

}

public interface IScript

{

void Update(float deltaTime);

}

8. UI管理

UI管理负责管理用户界面。我们将实现一个简单的UI管理系统。

using System;

using System.Collections.Generic;

public class UIManager

{

private List uiElements = new List();

public void AddUIElement(IUIElement element)

{

uiElements.Add(element);

}

public void RenderUI()

{

foreach (var element in uiElements)

{

element.Render();

}

}

}

public interface IUIElement

{

void Render();

}

9. AI管理

AI管理负责处理人工智能逻辑。我们将实现一个简单的AI管理系统。

using System;

using System.Collections.Generic;

public class AIManager

{

private List aiEntities = new List();

public void AddAIEntity(IAI aiEntity)

{

aiEntities.Add(aiEntity);

}

public void UpdateAI(float deltaTime)

{

foreach (var aiEntity in aiEntities)

{

aiEntity.UpdateAI(deltaTime);

}

}

}

public interface IAI

{

void UpdateAI(float deltaTime);

}

10. 主循环

最后，我们需要一个主循环来协调所有子系统的工作。

using System;

using System.Threading;

public class GameEngine

{

private ResourceManager resourceManager = new ResourceManager();

private RenderManager renderManager = new RenderManager();

private PhysicsManager physicsManager = new PhysicsManager();

private AudioManager audioManager = new AudioManager();

private InputManager inputManager = new InputManager();

private ScriptManager scriptManager = new ScriptManager();

private UIManager uiManager = new UIManager();

private AIManager aiManager = new AIManager();

private bool isRunning = false;

private const int TargetFrameRate = 60;

private const float TargetDeltaTime = 1.0f / TargetFrameRate;

public void Start()

{

isRunning = true;

Run();

}

public void Stop()

{

isRunning = false;

}

private void Run()

{

while (isRunning)

{

float deltaTime = TargetDeltaTime;

// 处理输入

HandleInput();

// 更新脚本

scriptManager.UpdateScripts(deltaTime);

// 更新AI

aiManager.UpdateAI(deltaTime);

// 更新物理

physicsManager.Simulate(deltaTime);

// 渲染场景

renderManager.RenderScene();

// 渲染UI

uiManager.RenderUI();

// 控制帧率

Thread.Sleep((int)(TargetDeltaTime * 1000));

}

}

private void HandleInput()

{

// 处理输入逻辑

if (inputManager.IsKeyPressed(ConsoleKey.Escape))

{

Stop();

}

}

}

11. 示例游戏对象

为了展示如何使用这个自定义游戏引擎，我们将创建一个简单的游戏对象，并将其添加到引擎中。

using System;

public class GameObject : IRenderable, IPhysicsObject, IScript, IAI

{

public void Render()

{

Console.WriteLine("Rendering GameObject...");

}

public void UpdatePhysics(float deltaTime)

{

Console.WriteLine("Updating Physics for GameObject...");

}

public void Update(float deltaTime)

{

Console.WriteLine("Updating Script for GameObject...");

}

public void UpdateAI(float deltaTime)

{

Console.WriteLine("Updating AI for GameObject...");

}

}

12. 主程序

最后，我们编写主程序来启动游戏引擎，并添加示例游戏对象。

using System;

public class Program

{

public static void Main(string[] args)

{

GameEngine engine = new GameEngine();

// 创建并添加游戏对象

GameObject gameObject = new GameObject();

engine.RenderManager.AddRenderable(gameObject);

engine.PhysicsManager.AddPhysicsObject(gameObject);

engine.ScriptManager.AddScript(gameObject);

engine.AIManager.AddAIEntity(gameObject);

// 启动引擎

engine.Start();

}

}

总结

我们已经从零开始实现了一个简单的自定义游戏引擎，包括资源管理、渲染管线、物理系统、音频管理、输入管理、脚本管理、UI管理和AI管理等子系统。这个引擎虽然非常基础，但它展示了如何将各个子系统整合在一起，形成一个完整的游戏引擎架构。

当然，这个引擎还有很多可以改进和扩展的地方，例如更复杂的渲染管线、更高效的物理引擎、更丰富的音频管理等。希望这个示例能为你提供一个良好的起点，帮助你理解和实现自己的游戏引擎。

好的，我们可以进一步扩展和改进这个游戏引擎。接下来，我们将添加一些更高级的功能和优化，以使引擎更加实用和高效。

13. 事件系统

一个事件系统可以帮助我们在不同的子系统之间传递消息和事件。我们将实现一个简单的事件系统。

using System;

using System.Collections.Generic;

public class EventManager

{

private Dictionary>> eventListeners = new Dictionary>>();

public void Subscribe(string eventType, Action