前言

虚拟现实是近年来出现的高新前沿技术，而三维图形引擎是实现虚拟现实的软件基础。利用电脑高速计算,模拟产生一个虚拟的三维空间，让使用者拥有视觉、听觉、触觉等感官的模拟，如同亲历其境一般，可以实时、无限制地观察和体验三维空间内的所有事物。

随着虚拟现实应用越来越广泛，不论是在游戏娱乐、军事、航空航天，还是城市规划、地质勘探、实时模拟等领域都少不了三维图形引擎的身影。在数字化改革浪潮中，也有越来越多的企业也开始转入三维图形引擎的开发队伍中。

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三维图形引擎的来源

在三维图形引擎出现以前，虚拟现实版块的主要内容包括实时三维图形生成技术、多传感器交互技术和高分辨率现实技术，其软件技术基础则是三维图形渲染技术。

目前三维图形技术的底层图形开发包主要有三类：

• 微软公司制定的Direct3D，并以此衍生出的基于.Net 框架平台的XNA技术，以及适用于浏览器的Silverlight技术；
• Khronos工作组的OpenGL，以及用于移动3D图形开发的OpenGL ES和用于网络3D开发的WebGL；
• Adobe公司的 Flex，可运行于装有Flash的系统或浏览器中。

三种图形开发包都属于底层的图形开发包，对于开发人员来说，直接接触底层的技术将面临学习更多的专业知识和算法，这使得开发变得困难，也降低了开发效率。

为了提高开发效率以及使得开发变得简便，一种被称为“三维引擎”的中间件被开发出来。

简单一点来说就是在传统三维底层图形技术的基础上，封装硬件操作与三维图形算法，形成普遍意义上的三维交互引擎，其中包含一些子引擎，如物理引擎，脚本引擎，渲染引擎等，提供给开发者一个简单易用、功能丰富的三维图形环境，在三维交互引擎基础上进行虚拟现实、三维交互、可视化管理平台二次开发等，极大提高开发效率、提升稳定性并减少底层技术研发费用投入。

（三维图形绘制工具对比）

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三维图形引擎基本框架

一个优秀的三维图形引擎具有的功能包括阴影效果、光源、粒子特效、骨骼动画、碰撞检测、人机交互等等。按照三维引擎具有的功能，主要分为下面的一些模块：系统模块、控制模块、底层渲染模块、数据存储模块、游戏接口与插件模块等。

（引擎架构图）

三维图形引擎实现的是各种高级的图形功能，其中主要由控制模块来实现各个模块之间的调用，包括对场景的渲染，程序的配置，用户的输入，场景的音效等等。OpenGL和Direct3D在工作时，会进一步调用底层的显示硬件，来完成渲染工作。

三维图形引擎中各个模块之间的组织关系，会影响到引擎的性能，所以在引擎开发中要处理好各个模块之间的组织关系。

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三维图形引擎系统模块

系统模块是三维引擎中与计算机，准确来说是机器本身通讯的部分。判断一个引擎是否优秀，则要看其系统模块能否很好地进行不同平台的移植。

一个优秀的三维引擎在进行平台移植时，它的系统模块则是唯一需要做主要更改的地方。

我们可以进一步将系统模块分为若干个子系统模块，分别是：图形子系统、输入子系统、声音子系统、时间子系统以及配置子系统。主系统模块负责初始化、更新以及关闭所有子系统。