游戏开发入门（八）游戏中的场景管理

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视频链接：游戏开发入门（八）游戏中的场景管理（5节课 时常：约2小时07分钟）

授课者通过2D围棋的例子，逐步拓展成3D的虚拟游戏世界。这个3D游戏世界基本上就可以涵盖市面上所有类型的游戏了，我们通过各种手段去管理好这个游戏世界，就能快速的进行各种游戏逻辑的开发。

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笔记与总结（请先学习视频内容）：

1.什么是场景物体？什么是游戏场景？
游戏中所有具有空间属性的物体都是场景物体。
所有场景物体构成的集合成为游戏场景。

2.一般情况下哪些内容属于场景物体，哪些不属于场景物体？
场景物体：玩家，NPC，场景建筑，地形，粒子特效，场景中的道具（武器等），还有一些看不到的对象如volume、摄像机等
非场景物体： UI，UI上的道具，玩家（NPC）技能，玩家（NPC）状态，碰撞盒，物体的材质
个人觉得，非场景物体并没有什么严格意义的概念，刨除所有场景物体，其他的都是非场景物体。或者严格来说，他们并不是我们通常认识下的物体，只是单纯的游戏逻辑对象。比如说玩家的状态，他在场景中并没有实体，不过我们完全可以给状态创建一个类对象来表示某个角色的状态。

3.场景管理的意义

• a.便于玩家快速的定位场景里面的对象
• b.妥善处理巨大场景带来的内存开销问题
• c.处理巨大场景带来的渲染效率问题
• d.处理大量对象的碰撞检测的效率问题
  

4.2D游戏需要场景管理么？
我们接触的大部分游戏都有一个虚拟的游戏世界，玩家通过操作来改变这个世界。这个世界复杂一点，可以像各种大型MMO游戏一样（3D），这个世界简单一点，可能像视频中的围棋一样（2D，或者如超级玛丽的那种）。所以无论是哪种游戏，总是有那么一个场景空间（或者说一个游戏世界）去存放游戏对象，这个空间就需要我们去统一的管理。这样，我们才能在游戏进行时方便快速的找到我们需要的对象，再去做进一步的处理。如果2D空间内对象数量庞大的话，也可以采用一定策略进行优化。
所以，2D游戏也一样需要场景管理。

5.2D场景管理与3D场景管理的差别？
面临的问题不同：2D场景相比3D场景，一般来说无论是渲染开销还是内存开销都要小的多。

6.关于非物理碰撞检测的问题与优化方案
问题：对于一个非基于物理引擎的碰撞检测，我们一般需要遍历场景中所有对象的位置并判断二者间距离（假设对象都是球型的），才能检测二者是否发生碰撞。一旦对象数量多起来，CPU根本无法承受。
优化：实际上，我们知道距离很远的两个对象一定时间内是不会发生碰撞的。为了减小碰撞检测的开销，我们可以将场景划分成N*N块，然后将所有的对象规分到不同的块里面，不同块（且不相邻）之间的对象不会发生碰撞，这样就减小了碰撞检测的开销。
注：其实一般的物理引擎的逻辑开销比我们没有优化的也还要复杂的多，因为他可能会有更多更详细的检测逻辑，不过像physX引擎在检测时还会借助GPU来提高效率。

7.四叉树与八叉树
二维空间的管理与对象检测可以使用四叉树进行处理。
三维空间的管理与对象检测可以使用八叉树进行处理。
不过八叉树的相对开销相比四叉树要高不少。
这两个概念其实并没有那么高深，和我们平常学习的数据结构没什么差别，只不过他的每个节点下面有四/八个子树。这样的处理完全是因为这两种结构符合我们逻辑检测的思路。

8.关于碰撞检测的优化思路
其实这与我们处理搜索，排序的思路是类似的，N^2肯定不是最优解，起码我们会想到类似二叉树，二叉堆的的数据结构。如果再去结合我们游戏中空间分布的实际情况，也就不难想到四叉树这样的处理办法。当然，理论上还应该有其他的优化思路，效率如何博主暂时没有深入去研究过。

9.关于视野渲染的优化
与现实世界相似，我们无法看到无线远的东西，或者是无限远的东西几乎是看不清的。所以，游戏世界里面的玩家也类似，每个玩家的视野限制在一个视锥里面。这对于游戏的优化是非常重要的

• a.渲染上，因为不在视野内的东西，我们完全就可以不去渲染，即渲染剔除
• b.游戏逻辑上，因为玩家的视野有限，过于远的场景数据可以完全不去加载,即场景动态加载
• c.在视野范围但是又很远的东西，我们可以给他换一个精度比较低的模型，即LOD
  

10.入口管理
对于一些房间内（场景比较小）的游戏，玩家的视野只局限在一个房间里面。这时候其实房间外的任何东西都不需要加载与处理（假如与当前游戏逻辑无关）
这样，我们就可以在玩家切换房间（如开门）的时候再去加载其他房间场景，这对于游戏的优化是很有帮助的。

11.游戏天空的实现
天空盒：用一个完整的封闭的空间来包围整个游戏场景，在这个空间表面贴上天空效果的贴图。一般来说非常大，要比实际游戏场大，接近玩家视野的极限。
天空盒组成：

• 大气颜色层
• 云层
• 天体层
• 远景片
  

12.LOD
前面提到过，视野远处的东西玩家是看不到细节的，所以也就不需要给其渲染那么复杂的模型（贴图等）。LOD就是基于这个原理根据与相机位置的距离动态切换资源（高精度资源与低精度资源），是游戏中常用的渲染优化方式

13.地形的处理
游戏场景中的地形可以说仅次于天空盒大小的存在了，与天空盒不同，玩家与地形的距离非常近，所以一般来说地形的表现细节应该足够丰富才行。但是问题是如果给所有的地形都赋予足够的精度，就需要占用大量的内存，这是不现实的，所以地形也要有LOD处理，远处的地形不需要太精细的效果。另外，在游戏中的大地形是不存在球形的。其实地形只是一个面片，玩家只在面片的上面进行移动。
地形制作：一般由美术在客户端进行刷，构建完毕后会以高度图的形式存储在地图数据信息里面。
高度图：其实就是一个二维表，记录每个坐标的高度值（Z值）
地形LOD的处理方法： 按照距离大小，视觉贡献度（斜面的贡献度比平面高）来分配不同精度的LOD模型

14.地表纹理处理
由于地形面积过大，正常情况下需要提供大量的贴图来表现不同位置的不同效果。为了节省贴图资源所占用的内存空间，同时还想表示出丰富的地貌效果，就需要用到多层纹理混合技术。只需要几个贴图，按照不同权重的混合就能达到多种不同的效果。

15.水
前面渲染的课简单说到了水的渲染一般是通过UV动画（法线贴图）来实现的，但是更逼真的水还需要考虑到反射与折射，甚至是与玩家
的互动。这就需要进一步添加反射贴图等更深层次的处理。

16.植被
实现方式1：记录每株草的位置、贴图、材质等信息，运行时生成草的模型，将使用同样贴图的草合并为若干组。
实现方式2：记录植被区域，记录区域内植被贴图、材质等信息，设定区域植被的密度、变异因子等信息，运行是生成若干组随机植被。