1. 游戏引擎的工具链-基础

1.1 总览

在商业引擎中实际工具链的开发是多于引擎本身的
基本Foundation of Tool Chains
• What is Game Engine Tool Chains
• Complicated Tool GUI
• How to Load Asset - Deserialization
• How to Make a Robust Tools
• How to Make Tool Chain
• What You See is What You Get (WYSIWYG)
• One More Thing - Plugin

工具链更大的意义在于调合游戏开发各个环节的人的思维模式。

那这么一个庞大的系统的话，最外的基础我们叫做DCC（Digital Content Creation，比如3DMax、Maya、ZBrush、PS、Houdini大量第三方软件产生资产和素材），通过游戏的工具链，进入我们整个游戏的Pipeline。这里有个术语叫做：ACP（Asset Conditioning Pipeline），工具链就在ACP这一层

1.3 工具链的GUI

对于GUI模型，分两大类的实现方式

Immediate Mode
每一帧由游戏逻辑直接告诉渲染去画上去。
缺点是逻辑方面业务压力大，扩展性不好，
Retain Mode
当我要画一些UI的时候，我并不是直接画到屏幕上去，我先说我要画一个Box，大小、尺寸等，把这些信息一个个交给类似Graphics中的Command Buffer一样，将所有的指令全部存储在这里，到了GUI自己绘制的逻辑之后自己根据已经存储的指令，自己去画了。好处就是游戏的逻辑，与工具的GUI分开了，这个模型扩展性强、性能好，还有一点就是如果你不改变它，你就不需要更新它的指令，这也是非常符合游戏架构的理论模型
如QT GUI, Unreal UMG, WPF GUI

1.4 工具链GUI的Design Pattern

对于Retain Mode的GUI实现，需要结合 DP进行才能保证扩展和持续性。

MVC模式：1978年创建
Model: The central component of the
pattern, responsible for managing the data
of the application.
View: Any representation of information
such as a chart, diagram or table.
Controller: Accepts input and converts it to
commands for the model or view.

将数据流清晰化了，Model单向的到View，View不能反过来写Model，所以可以理解为Model将数据输送给View了，但是Model本身并不会被弄脏，但是如果你想修改Model中Logic的数据的话，只能通过Controller，它能进行各种处理、过滤，然后去修改你的Model，这样一个环流的结构（因为已经变成了单形线），很清晰，容易切断和管理

WEB前端有很多用处

MVP
MVP实现了把View与Model隔开，完全不知道model的存在！
把所有的复杂度转到Presenter方。
Model: An interface defining the data to be displayed or otherwise acted upon in the user interface.
View: A passive interface that displays data (the model) and routes user commands (events) to the
presenter to act upon that data.
Presenter: Acts upon the model and the view. It retrieves data from repositories (the model), and
formats it for display in the view.

MVVM
与MVP类似也把View与Model分开，使用一个ViewModel东西，建立一个DataBinding机制。
View与一个独立的xml文件的方式，把需要的绑定和UI完善出来。程序员实现ViewModel和Model.

View: using a WYSIWYG tool such as Dreamweaver,VS Blend and save as html/xaml , view state
that MVC encodes in its View classes is not easy to represent.
Binding: bind View Data to the Model ,no more code in View classes.
ViewModel - Model of View: The Model is very likely to have a data types that cannot be mapped
directly to controls,ViewModel contains data-transformers that convert Model types into View types.
缺点： data-binding的调试不易，对于小型UI过于繁重了。

1.5 序列化与反序列化

Serialization 存出去，把数据变成一个二进制块。
is the process of translating a
data structure or object state into a format
that can be stored (for example, in a file or
memory data buffer) or transmitted (for
example, over a computer network) and
reconstructed later.

** Deserialization** 把二进制解成一个数据结构
is the opposite operation,
extracting a data structure from a series of
bytes.

1.6 序列化

那如何把数据SAVE起来？

Text Files: 使用Text文本格式的文件来存储
如Json， YAML, XML等。 Unity Editor使用YAML。 CryEngine使用XML/Json
Binary Files
保存数据为二进制流，需要额外的工具进行读和取。
Unity Runtime, Unity Editor (optional)
CryEngine (optional)
Unreal: UAsset

对比两种文件，二进制小非常多，且加载更快。Text Files更适合做为debug。

资产引用
资产引用是一种去除大量重复资源数据的方式，通过查找依赖关系的方式
资源实例
Data instance is a way to create a parent data that you can use
as a base to make a wide variety of different children and can
also be used directly

那如何定义每个实例的特性呢？

资源实例变体：
如果一个model的material各个地方不同，那这里可以使用实例变体的方式
资源数据继承
如果只有变体，可能还是会有大量的冗余部分，这里可以使用继承的特性

1.7 反序列化

如何把数据LOAD出来呢？
并不能一上来就全部读出来，而是需要解析一个个语义。
就如XML，对于游戏引擎的数据来说，解析就先得构建一个树状结构
这样的树状结构，实际就是Asset底层结构。

Endian
用二进制做反序列化时，需要注意这个Endian
同样结构，是把大byte放前面还是小byte放后面？

Big Endian:
begin with most significant byte
end with least significant byte
Little Endian:
begin with least significant byte
end with most significant byte

Processor Endianness
PowerPC (PPC) Big Endian
Sun Sparc Big Endian
IBM S/390 Big Endian
Intel x86 (32 bit) Little Endian
Intel x86_64 (64 bit) Little Endian
ARM Bi (Big/Little) Endian

1.8 兼容性问题

Unreal的处理方案：
为每一个资产有一个定义好的版本号（手写），如果数据没有，则塞一个default value，如果是多余数据，则跳过

Google的做法
protocol buffers：unique number for field
为每一个数据属性维护一个ID，在数据更新时只需要比较这个ID是否变化。
Serialization:

For every field, generate a “key” (fixed size) according to
its field number and type.
Store field data with key, key is stored in the first few bytes.
Deserialization:
Field not in schema but in data:
key would not be recognized, skip the field.
Field in schema but not in data: set default value.

1.9 构建Robust Tools

更健壮的工具

Undo/ redo
最核心的功能！！
Crash 自动存盘

1.10 Command模式

针对1.9的需求，将操作原子化为Command。
建议应该在工具链的早期引入Command

Command原子化最经典的结构： UID，数据，操作/反操作，序列化/反序列化

核心三类Command:

Add
• Data: Usually data is a copy of the runtime instance
• Invoke: Create a runtime instance with data
• Revoke: Delete the runtime instance
Delete
• Data: Usually data is a copy of the runtime instance
• Invoke: Delete the runtime instance
• Revoke: Create a runtime instance with data
Update
• Data: Usually data is the old and new values of the modified properties of the runtime instance and
their property names
• Invoke: Set the runtime instance property to the new value
• Revoke: Set the runtime instance property to the old value

1.11 Data Schema

当针对不同的用户会有不同的工具，因此也有情况是相同的数据，对于不同的用户会表现为不同的工具。
解决这类问题，需要把工具的数据进行细化，用统一的描述和定义，这样可以适配到不同的工具。
这里引入Data Schema来描述一个数据
A data schema is the formal description of the structures your system is working with.

Schema基本元素：
Abstraction of the basic building block of the world
• Atomic Types: Int, Float, Double …
• Class Type: Use atomic types to present complex data structure
• Containers: Array, Map …
继承的特性
数据间需要对相互之间及类型的继承，这样可以派生出各种变种和引用。
定义Schema的方式

使用独立的schema定义文件
问题：
需要一个自定义的代码转换器，这个转换器在使用过程中会出现迭代，报错等问题。
对于行为的定义的不方便，这一点在方法2中得到解决。
定义在文件中
问题：
稳定性需要尤其重要，虽然可以定义行为，但是缺点是容易在定义schema时崩溃。

1.12 引擎数据

三种方面：
Runtime View: 关注更快的读取，更高效的处理
Storage View: 节约空间，更快的写入速度
Tools View: 更方面理解的显示，编辑的便利性（一个虚拟的存在，由工具的UI实现）

1.13 Tools View

工具设计的核心是如何去处理好这个Tools View

Understandable
Various Editor Modes，自由适配的编辑器显示（高级与基础模式）

1.14 WYSIWYG

所见即所得
工具链的构建方式：

Stand-alone Tools
把工具链的代码独立开，保证引擎的纯净
缺点：难以实现WYSIWYG
In Game Tools - 推荐
在引擎Runtime的基础上构建工具链
Pros
• Access to all engine data directly
• Easy to preview the game in the editor
• Easy to make live in-game editing
Cons
• Complex engine architecture
• Requires a complete engine UI system to make
the editor UI
• When the engine is crashing, the tools become
unusable as well

1.15 PIE

Play in editor
直接在editor下就能play
两种实现方式:

Play in editor world
Pros
• Easy architecture tools layer
• Quick state change
Cons
• 数据混乱的问题Game mode may cause data changes
• 出现数据在editor下没问题，但runtime有问题
Example
• Piccolo
Play in PIE World
把游戏数据复制一份，独立运行
Unreal的模式
Pros
• Data separation
• Easy to instantitate multiple game instances
Cons
• Architecture complex

1.16 Plugins

工具链也需要支持Plugin插件系统
现代引擎重要的开发能力展现。

要求尽可能把功能API化，这样更方便实现扩展性需求，为插件调用打好基础。

2. 游戏引擎的工具链-高级

2.1 总览

Applications & Advanced Topic
•Glance of Game Production
•Architecture of A World Editor
•Plugin Architecture
•Design Narrative Tools
•Reflection and Gameplay
•Collaborative Editing

2.2 Glance of Game Production

现代引擎工具链的挑战：

海量不同的数据
不同角色的思维方向
WYSIWYG 的实现复杂度

2.3 Architecture of A World Editor

以UE为例

Editor Viewport
• 与用户关联的主窗口 Main window of interaction between designers and game world
• 一个编辑模式的游戏 Powered by a full game engine in special “editor” mode
• 提供一系列的工具和编辑 Provides a variety of special gadgets and visualizers for editing

注意EditorOnly的代码的安全性问题

Editable Object

把游戏中的对象做为Editable
对不同的对象设计不同的编辑view
数据通过Schema自动反射生成编辑器界面

Content Browser
资产管理器
对于UE来说，这里可能实现跨项目共享资源
Mouse Picking
鼠标选取
实现方案：

Ray Casting
实际使用的一个物理引擎
缺点是性能不好，选择前后物体需要特殊处理（添加object id，以framebuffer取到对应的方式）。但优点是不需要cache，支持选中多个物体
RTT
Pros:
•Easy to implement range queries
•Ability to complete queries quickly
Cons:
•Need to draw an extra picture
•Obstructed objects cannot be selected

Object Transform的编辑
Terrain - Height Brush, Instance Brush（对对象进行实例化，但在大场景中对内存要求较高），自定义笔刷的功能
Environment

困难点：对于不同的环境，sky, terrain之类，应该有一套规则，如铺路面，要满足地形路的高低

这里引入一个Rule System: 对于不同的环境需要给予一定规则。