在数字化时代，三维图形引擎技术已经成为软件行业的技术桂冠之一。它不仅是推动信息化技术发展的核心动力，更是游戏娱乐、军事和工业仿真等领域的重要支撑。
本文就来和大家深入探讨三维图形引擎技术的演进、功能和转变。
三维图形引擎的发展
三维图形引擎技术的发展可追溯到1960-1980年代。随着技术的发展，计算机内部随着集成电路、总线技术的应用，逐步分工出现了包括CPU、GPU、IO等复杂的专业逻辑部件，计算机外设也逐步有了显示器、绘图仪、光笔、鼠标等更方便直观的人机交互工具。
在此基础上，人类开始了为计算机赋予无限能力的时代，其中三维图形引擎技术是最激动人心的能力之一。
三维图形引擎是基于计算机操作系统支持的图形API上开发的图形运算、显示、控制的软件系统，我们通常会遇见的图形API包括：OpenGL、DirectX（微软独家）、Vulkan、Metal（苹果独家）等。
计算机图形API是基于计算机硬件开发，并由操作系统支持的通用软件接口，价值在于提供了一种抽象的编程方式，让开发者能够充分利用各类显卡的独特硬件优势，无需深陷底层细节。
三维引擎技术演进
现代3D引擎是一种构建在计算机图形API之上的软件系统，它通过将现实世界中的物体转化为多边形或曲线等数字表现形式，在计算机内部执行复杂的计算过程，并最终生成图像。这些引擎能够模拟出一个虚拟的“真实世界”。
3D引擎主要分为两大类：实时3D引擎和离线3D引擎。实时3D引擎主要用于PC和游戏机平台，负责生成实时的3D画面，而离线3D引擎则用于电影行业，通过精细的渲染技术创造出极其逼真的视觉效果。
3D引擎对物质的抽象主要分为多边形和NURBS曲线两种。在实时3D引擎中，多边形表示法已成为了事实上的标准，因为任何复杂的多边形最终都可以分解成简单的三角形，便于计算机处理。
相对地，离线3D引擎为了追求极致的视觉效果，会广泛使用曲线，尤其是在表现那些多边形难以捕捉的细节和灵活性时。
三维引擎最基本的功能包括
数据管理
包括：场景管理，对象系统，序列化，数据与外部工具的交互，底层3维数据的组织和表示。
场景管理：由于3D引擎可能会用来管理一些庞大的3D世界，在这个世界中物体与物体之间通常存在一些相关、从属、影响与被影响关系，如何组织这些关系，并确切的将这些关系与3D引擎的其他功能联系起来，就是场景管理需要完成的工作。
场景管理首先需要考虑如果表达场景中物体的关联关系，需要考虑物体之间材质的继承关系，动态环境如何嵌入到你选择的场景图中，还需要考虑物体之间如何发送消息。
比如在一个实现动态光影的引擎中，物体之间如何实现相互遮挡，光源的影响范围如何在场景图上继承，都是在设计时需要考虑的问题。
渲染器
渲染器是三维引擎的核心，基于计算机图形API的能力，将图形及效果渲染在显存中，出于对功能、性能、行业目标不同，不同引擎的渲染器的设计是不同的。
比如一款以实时游戏作为目标的游戏，会选择基于光栅化的渲染算法。
在这种设计前提下，几何体一级的数据不会过于详细，例如物体表面的BRDF，折射率，纹理坐标空间的变化率，切线空间的变化率，这时候即使你在设计初期就考虑到这些数据需求，并将它们表现在了Render中。
交互能力
简单的说，就是开发工具。任何一款3D引擎如果没有开发工具都不能称为是完整的。这些开发工具可能是一些文件转换器，场景编辑器，脚本编辑器，粒子编辑器。
三维引擎的诞生
1992年，3D Realms公司/Apogee公司发布了一款只有2兆多的小游戏——《德军司令部》（Wolfenstein）。这部游戏开创了第一人称射击游戏的先河，更重要的是，它在X轴和Y轴的基础上增加了一根Z轴，在由宽度和高度构成的平面上增加了一个向前向后的纵深空间。
另一部重要游戏是出自id Software公司的一款非常成功的第一人称射击游戏——《毁灭战士》（Doom）。Doom引擎在技术上大大超越了Wolfenstein 3D引擎。
不过更值得纪念的是，Doom引擎是第一个被用于授权的引擎。
Raven公司与id Software公司之间的一系列合作充分说明了引擎的授权无论对于使用者还是开发者来说都是大有裨益的，只有把自己的引擎交给更多的人去使用才能使引擎不断地成熟起来。
三维引擎的转变
3D Realms Build引擎｜里程碑
在引擎的进化过程中，1994年3D Realms公司开发的Build引擎是一个重要的里程碑，Build引擎的“肉身”就是那款家喻户晓的《毁灭公爵》。在Build引擎的基础上先后诞生过14款游戏，Build引擎的授权业务大约为3D Realms公司带来了一百多万美元的额外收入，3D Realms公司也由此而成为了引擎授权市场上的第一个“暴发户”。
Quake引擎｜突破
突破的任务最终由id Software公司的《雷神之锤》（Quake）完成了。Quake引擎是当时第一款完全支持多边形模型、动画和粒子特效的真正意义上的3D引擎，而不是Doom、Build那样的2.5D引擎。
此外Quake引擎还是连线游戏的始作俑者，是它促成了电子竞技产业的发展。一年之后，id Software公司推出《雷神之锤2》，一举确定了自己在3D引擎市场上的霸主地位。
《雷神之锤2》采用了一套全新的引擎，可以更充分地利用3D加速和OpenGL技术，在图像和网络方面与前作相比有了质的飞跃， 《雷神之锤2》通过引擎授权所获得的收入至少有一千万美元。
UE虚幻引擎
1998年，正当Quake II独霸整个引擎市场的时候，Epic Games发布了虚幻UE引擎。作为一款游戏开发引擎UE1在当时是一款引领技术的3D游戏引擎，通过其先进的图形渲染和物理系统，提供了令人印象深刻的游戏体验。
除了精致的建筑物外，游戏中的许多特效即便在今天看来依然很出色，荡漾的水波，美丽的天空，庞大的关卡，逼真的火焰、烟雾和力场等效果。从单纯的画面效果来看，《虚幻》是当之无愧的佼佼者。
2022年，虚幻引擎 UE5 首次亮相。UE5引入了许多创新的功能，包括更强大的全局光照和渲染技术 动态全局光线追踪和无缝细节级别过渡等。此外，UE5还改进了开发工具和工作流程，以提供更高效强大的游戏开发体验。
UE5的全局动态光照（Lumen是一套全动态全局光照解决方案，能够对场景和光照变化做出实时反应，且无需专门的光线追踪硬件。
该系统能在宏大而精细的场景中渲染间接镜面反射和可以无限反弹的漫反射；小到毫米级、大到千米级，都能游刃有余）、虚拟微多边形几何体（Nanite虚拟几何体的出现意味着由数以亿计的多边形组成的影视级美术作品可以被直接导入虚幻引擎——无论是来自Zbrush的雕塑还是用摄影测量法扫描的CAD数据）技术能够提供影视级以假乱真的视觉效果、为用户呈现前所未有的虚拟现实世界。
2022年3月6日，Epic Games 通过官方 Twitter 宣布，作为对俄罗斯入侵乌克兰的回应，Epic “停止了与俄罗斯的商业往来”。
Unity 3D引擎
2004年，Unity公司在美国旧金山成立，与Epic Games公司竞争游戏引擎的市场，Unity1.0于2005年6月在苹果全球开发者大会上作为Mac OS X游戏引擎首次发布。
Unity现在已经支持桌面端、移动端、游戏主机、增强现实和虚拟现实平台。尤其在iOS和Android移动端游戏开发方面，颇受开发者青睐，其对于初学者来说容易使用，并且在独立游戏开发中很受欢迎。
当然，Unity除了可以开发3D和2D游戏外，也可以创建互动解决方案。除了视频游戏，诸如电影、汽车、建筑、工程、制造等行业，甚至美国军队都采用了Unity的引擎。
2015年，Unity发布了新版本 5.0。Unity 5.0 引入了250多项新功能，包括基于物理的渲染 (PBR)、全局照明 (GI)、高动态范围 (HDR)、实时反射和 64 位编辑器。这对 Unity 来说是一次重大飞跃，巩固了其作为领先游戏开发引擎的地位。
Unity 5.0通过增加对各种平台和设备的支持扩展了视野，例如 WebGL网页、PS、Xbox 和Switch游戏主机、VR/AR眼镜。这意味着开发人员可以接触到更广泛的受众，并探索虚拟现实和增强现实体验的新领域。此外，Unity 5.0引入了Unity Services，这是一套基于云的工具和服务。
Unity 的C#源代码于 2018 年 3 月在“仅供参考”许可下发布，但禁止重复使用和修改。同时禁止古巴、叙利亚、朝鲜、苏丹访问及获得服务。
Unity 和 Epic 的虚幻UE (Unreal)引擎作为当前游戏界使用率最高的两大商业引擎，是游戏引擎市场的双寡头。
Unity以轻量级、易上手、价格低著称，因此被创业企业、中小企业所青睐，被广泛运用于手机游戏市场。
UE的特点是画面强、功能全、门槛高，被3A大作（高成本、高体量、高质量的大型游戏）广泛使用。
Unity走是低价路线，主要靠游戏引擎和游戏广告盈利。UE走的是按游戏营收抽成的高价路线。
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