基于UE4的体素游戏引擎的设计与实现

作     者：郭腾涛 

作者单位：北京邮电大学 

学位级别：硕士

导师姓名：张笑燕

授予年度：2022年

学科分类：1305[艺术学-设计学（可授艺术学、工学学位）] 13[艺术学] 

主      题：体素 游戏引擎 UE4 体素优化 游戏编辑器 游戏性系统 

摘      要：随着计算机图形技术和游戏的发展,越来越多令人震撼的虚拟世界场景被应用在人们的生活和娱乐中,最近火热的元宇宙、VR和AR便是其中之一。需求推动下的虚拟世界场景逐渐变得越来越多样化和复杂化,但传统的模型渲染方式存在着诸多问题和约束,因此各大公司在不停地寻求更多新的表现形式来吸引用户。其中基于体素的虚拟游戏世界表现方式在逐渐被人们所重视。用体素来实现游戏和虚拟世界场景有着诸多的优点,其中主要包括易于实时编辑、易于程序化的体素场景、具有实体的结构、良好的光线追踪表现等,这些特性给予了开发者更加自然且自由的编辑能力,让开发者不再受制于传统的繁琐制作流程,能够更加的发挥想象的空间,从而实现更加绚丽的表现。尽管体素有着诸多优点,但是体素在工程应用上仍拥有着诸多困难,其中体素的性能优化、体素游戏开发工具匮乏都是体素游戏实现的最直观面对的问题。针对当前的状况,本项目构建了一个基于UE4(Unreal Engine 4)的体素游戏引擎。该引擎的主要目的是为了提供一个易用于体素游戏开发的游戏引擎,除此之外该引擎还将积极简化传统游戏引擎中复杂的开发步骤,将体素游戏开发变得更加连贯且简单。本项目体素引擎底层渲染技术基于UE4引擎,并在其基础上对体素的存储、转化、渲染、生成进行了算法和工程构建,确保了从底层上对体素游戏的支持。区别于传统游戏引擎,本体素引擎为体素模型专门开发了一款体素资产编辑器,提供了体素化转化、程序化生成、模型搭建多种创作方式,用户可以直接在引擎中创作游戏中的资产,让体素游戏开发流程实现无缝衔接。此外,体素游戏引擎构建了一款适用于体素游戏编辑的编辑器界面,其中提供了场景编辑、资源管理、参数配置、工程创建和打包发布等一套完整的操作流程,保障了游戏工程开发的完整流程实现。在游戏性系统部分,本项目引擎重构了一套新的对象框架,构建了由角色控制、消息传递和事件触发、UI创建和管理、流程控制、Model管理等多种模块组成的完整游戏性框架,并集成了 Lua脚本语言对其进行开发,为游戏开发者提供了基本的游戏逻辑开发框架。本文根据体素引擎的具体实现给出了软件的完整测试方案,并对体素游戏引擎进行了详细的功能测试和相关性能测试,最后对体素引擎进行了应用测试,确保本项目引擎能正常地运用于体素引擎开发。