如今，在屏幕上生成像素，涉及到 3D 加速卡， API ，三维空间数学， 对 3D 硬件如何工作的理解等等。对於主机（游戏机）游戏来说，也需要相同类型的知识，但是至少对于主机， 你不必去尝试击中一个移动中的目标。 因为一台主机的硬件配置是固定的 "时间快照"， 和PC（个人计算机）不同， 在一台主机的生命期中，它的硬件配置不会改变。
在一般意义上，渲染器的工作就是要创造出游戏的视觉闪光点，实际上达到这个目标需要大量的技巧。3D图形本质上是用最少的努力创造出最大效果的一门艺术， 因为额外的 3D 处理在处理器时间和和內存带宽方面都是极为昂贵的。 它也是一种预算， 要弄清楚你想在什么地方花费处理器时间，而你宁愿在什么地方节省一些从而达到最好的整体效果。 接下来我们将会介绍一些这方面的工具，以及怎样更好的用它们让游戏引擎工作。
建造3D世界
最近，当我和一位从事计算机图形方面工作长达数年之久的人会谈时，她向我吐露道， 当她第一次看到实时操纵计算机 3D 图象时， 她不知道这是怎么实现的， 也不知道计算机如何能够存储 3D 图象。 今天这对于在大街上的普通人来说或许是真实的，即使他们时常玩 PC 游戏， 游戏机游戏， 或街机游戏。
下面我们将从游戏设计者的角度讨论创造 3D 世界的一些细节，你也应该看一看 Dave Salvator 所写的“3D 管线导论“，以便对3D 图象生成的主要过程有一个整体的了解。
3D 物体（对象）被储存成 3D 世界中的一系列点(被称为顶点)， 彼此之间有相互关系，所以计算机知道如何在世界中的这些点之间画线或者是填充表面。 一个立方体由8个点组成，每个角一个点。立方体有6个表面， 分别代表它的每一个面。 这就是 3D 对象储存的基础。 对于一些比较复杂的 3D 物体， 比如说一个 Quake 的关卡，将有数以千计(有时数以十万计)的顶点， 和数以千计的多边形表面。
事实上现在的 ATI 显卡具有 TruForm， 它能带一个以三角形为基础的模型，并将该模型转换为基于高次表面的模型，使其平滑 — 接着再用十倍三角形数量把模型转换回基于大量三角形的模型 (被称为retesselation)。然后模型送往管线做进一步的处理。 实际上 ATI 仅仅在 T & L 引擎之前增加了一个阶段来处理这个过程。这里的缺点是，要控制哪些模型需要被平滑处理而哪些又不需要。你常常想要一些边缘比较尖锐， 比如鼻子，但它却被不恰当的平滑过了。 这仍然是一种很好的技术，而且我能预见它在将来会被更多的应用。
如上所述，另外一种技术确保渲染器要求显卡对每个纹理只绘制一次。确定你想要渲染（绘制）的使用相同纹理的所有多边形同时送到显卡，而不是一个模型在这里，另一个模型在那里，然后又回到最初的纹理论。仅仅绘制一次，你也就通过AGP接口传送一次。Quake III 在其阴影系统就是这么做的。处理多边形时，把它们加入到一个内部的阴影列表，一旦所有的多边形处理完毕，渲染器遍历纹理列表，就将纹理及所有使用这些纹理的多边形同时传送出去。
上述过程在使用显卡的硬件 T & L（如果支持的话）时，并不怎么有效。你面临的结局是，满屏幕都是使用相同纹理的大量的多边形小群组，所有多边形都使用不同的变换矩阵。这意谓着更多的时间花在建立显卡的硬件 T & L 引擎 ，更多的时间被浪费了。 无论如何，因为他们有助于对整个模型使用统一的纹理，所以它对实际屏幕上的模型可以有效地工作。但是因为许多多边形倾向使用相同的墙壁纹理，所以对于世界场景的渲染，它常常就是地狱。通常它没有这么严重，因为大体而言，世界的纹理不会有那么大，这样一来API的纹理缓存系统将会替你处理这些，并把纹理保留在显卡以备再次使用。
在游戏机上，通常没有纹理高速缓存系统(除非你写一个)。在 PS2 上面，你最好是远离"一次纹理" 的方法。在 Xbox 上面， 这是不重要的，因为它本身没有图形内存(它是 UMA 体系结构)，且所有的纹理无论如何始终保留在主存之中。
你能用众多不同方法产生阴影，情形时常是这样一来，渲染质量与产生效果所需要的渲染工作成比例。有所谓的硬阴影或软阴影之分，而后者较好，因为它们更加准确地模仿阴影通常在真实世界的行为。 通常有一些被游戏开发者偏爱的“足够好”的方法。如要更多的了解阴影，请参考 Dave Salvator的 3D 流水线一文。
顶点与像素着色
在结束讨论渲染技术之前，我们快速的说一下顶点和像素着色，最近它们正引起很多关注。顶点着色是一种直接使用显卡硬件特征的方式，不使用API。举例来说，如果显卡支持硬件 T & L ，你可以用DirectX或OpenGL编程，并希望你的顶点通过 T & L 单元 (因为这完全由驱动程序处理，所以没有办法确信)，或者你直接利用显卡硬件使用顶点着色。它们允许你根据显卡自身特征进行特别编码，你自己特殊的编码使用T & L 引擎，以及为了发挥你的最大优势，显卡必须提供的其他别的特征。 事实上，现在nVidia 和ATI 在他们大量的显卡上都提供了这个特征。
在骨骼系统，你甚至可以指定"我需要把这个特别的动画用於模型的腿，而一个不同的携枪或射击动画在模型躯干上播放，且那家伙（角色）叫喊的不同动画效果在模型的头部播放"。非常妙。Ghoul2 ( 在Soldier of Fortune II: Double Helix and Jedi Knight I: Outcast中使用了Raven的动画系统 ) 拥有所有这些好东西，且特别被设计为允许程序员使用所有这些忽略能力。这对动画的节省像你一样难以相信。像你一样的动画上的这次救援不相信. Raven有一个角色行走的动画和一个站立开火的动画，并在它同时行走和开火形下把这两个动画合并，而不是需要一个动画表示角色行走并开火。
More Skeletons in the Closet
先前描述的效果可以通过具有层次的骨骼系统来完成。这是什么意思呢？意思是每块骨架实际上的位置相对于它的父亲，而不是每个骨架直接位于空间中的地方。这意谓着如果你移动父亲骨架，那么它所有的子孙骨架也跟着移动，在代码上不需要任何额外的努力。这是让你能够在任何骨架层次改变动画，而且通过骨骼其余部分向下传递的东西。
反向运动学
反向运动学 (IK) 是被许多人们丢弃的一个专业术语，对它的真实含义没有多少概念。IK 是如今游戏里面一个相对比较新的系统。使用 IK ，程序员能够移动一只手，或一条腿, 模型的其余关节自动重新定位，因此模型被正确定向。而且有模型的关节新位置的其馀者他们自己，因此模型正确的被定向。比如，你将会说,"好，手 , 去拾起桌子上的那个杯子"并指出杯子在世界中的位置。手就会移动到那里，且它后面的身体会调节其自身以便双臂移动，身体适当弯曲，等等。
也有和IK相反的事情，叫做前向运动学,本质上与 IK 工作的次序相反。想像一只手，手附着在手臂上，手臂附着在身体上。现在想像你重重地击中了身体。通常手臂像连迦般抽动，且手臂末梢的手随之振动。 IK 能够移动身体，并让其余的四肢自己以真实的方式移动。基本上它需要动画师设定每种工作的大量信息 -- 像关节所能通过的运动范围，如果一块骨架前面的骨架移动，那么这块骨架将移动多少百分比，等等。
和它现在一样，尽管很好，它是一个很大的处理问题，不用它你可以有不同的动画组合而脱身。值得注意的是，真正的 IK 解决办法需要一个层次骨骼系统而不是一个模型空间系统 -- 否则它们都耗时太多以致无法恰当地计算每个骨架。
虽然那里有许多3D结构程序，从CAD/CAM程序到3D Studio Max，建造游戏世界是不同于建造内部或外部世界的模型的尴尬。你有三角形数量问题 -- 任何给定的渲染器一次只能渲染这么多的多边形，这对于天才的关卡设计师来说永远都不够。不知这些，你也只能每个关卡存储预定数量的多边形，所以即使你的渲染器能够在视野中处理250，000个多边形，即使你只能在合理数量的空间中存储500，000个多边形，那么取决于你怎么处理它，最后你的关卡价值像两个房间那么小。不好。
Music Tracks in Games（游戏中的音轨）
我们没有过多的谈到游戏中的音乐生成。传统的有两种方法，一种是简单的音乐 .wav 文件(或同等物)。它被预先制作做好，准备运行，和最小忙乱。然而，这些在内存和回放时间方面很昂贵。第二种方式用预设的样本编码MIDI音轨。这时常比较节省内存，但缺点是必须同时把一些声音混合在一起，因而会把声音通道用光。
网络游戏
我记得一些年前坐在GDC（游戏开发者大会）听负责开发X-Wing Vs TIE Fighter的家伙们题为“淹没在Internet” 的演讲，全是关于让网络游戏实时地在Internet上工作的东西。他们选择那个题目是多么的正确啊。当它开始处理数据包的丢失，乱序，潜伏（一个数据包发送到它的目的地所花的时间）等等时，它确实淹没了。然而它是可能的。对于Internet需要一些聪明和经验，但它是肯定可能的。看看今天大量的连线游戏，从Quake III，Unreal Tournament，Counter Strike一直到EverQuest和Ultima Online。
在游戏中设计脚本情节的一个有趣趋势是使用当前极大改进了的3D游戏引擎自己产生剪辑场景。现在这可能像是相当地明显，但是数年以前，当 3D 图形卡还比较简单的时候，剪辑场景通常使用高端3D工作站制作，得到的3D动画然后被记录为一个数字视频文件，以流式文件存储在CD-ROM。你从剪辑场景的漂亮图形画面回到真实游戏的相对粗陋的3D画面，这是相当令人不愉快的失望的事情。但像Half-Life 和 Star Trek Voyager : Elite Force这样的游戏很好地利用了它们自己的引擎产生所有的剪辑场景，结果是剪辑场景和游戏之间的过渡更加平滑。
Raven在Star Trek Voyager: Elite Force中面临的一个很大的问题是这样的情形，使用者可能会想要把一个角色从一条船的某个地方带到另外一个地方，但是从A点到B点的路径可能会随着每次游戏根本地改变。举例来说，他们需要让Munro(你所扮演的游戏主要角色)从发动机舱室到输送舱。 不幸的是由于游戏的非直线性，在事件到达这一点以前你可能已经破坏了涡轮升降机，或者也许 Jeffries 管被损害不能通过。假定当脚本开始的时候我们不知道世界的状态，我们不得不为几乎各种可能发生的事情编写脚本以便适用于这些‘如果。。。怎么办’的情形。而且它仅仅从那里变得更加糟糕。我们能建立的一些情形提供了如此多可能的组合情形，以致于为了一个满意的结论而准确测试每一个可能发生的事情几乎是不可能的。请和在SiN, Star Trek Voyager : Elite Force or Deus Ex中工作的任何人谈谈。QA部门传统地憎恨这些类型游戏，因为这已经使他们的工作比以前更加困难了 50 倍。
很明确这里的关键是简单。一个好的经验法则是，在正常的游戏中，如果你的游戏需要比在普通的gamepad的按键或者你手上的手指更多的按键，那么一些事情需要被重做。注意, 我不是说一款游戏不应该有灵活性—Soldier of Fortune必定有许多可能的按键设定。但通常，当你认为它们大多数实际上都是不需要的时候Quake引擎有一个很好的方式。是的，你可以选择你想要使用什么武器，但你不是必须这样。游戏将会自动地为你那样做。这就是灵活性和过度设计之间的不同。如果游戏需要你按下某个键来选择一个武器，那将会有问题。你理解这个了吗？
甚至照相机都可能是实体（在几乎所有Raven的产品中都是这样）。照相机在世界中被分配一个有角度的原点，它们每幀都被刷新并告知渲染器应该从哪里得到它的视野数据，and off we go。典型地实体是为了返回到游戏早先的状态而被存储和装载的那些东西。通常在装载过程中使用的方法是把游戏地图装载进来，好像你正在重新开始一个关卡一样，然后装载所有存储的实体，这样他们就返回到游戏存储时它们的状态。Voila，即刻返回一个存储的游戏。当我理解Heretic II的方法时这并不是那么的容易—装载/存储几乎比其他任何事情带给我的问题还多，特别是在协作模式。
为了让这些情形看起来令人信服，你看见了这里必须要处理的大量问题。如果你建立你的AI使用没有动画的行为让NPC执行，这能被混合。一些Soldier of Fortune中的AI就是这样的例子。他们受到了指责，因为坏家伙没有以适当的方式对刺激作出反应。当他们明显应该这样做的时候，敌方NPC不扫射，或者不逃跑。部分问题是他们没有扫射敌人NPC的动画，或者让他们往回跑，因为空间的问题。因此世界上所有最伟大的AI代码都不能够解决这个问题。这是所有要考虑的重要事情。
想知道隐藏的难点吗？看看我前面所有的描述，然后试着将它应用到一组NPC上，这些NPC彼此必须说话，设定目标，彼此沟通，但不妨碍彼此的方式。一旦你这么做了，试试那些代码，作为玩家的队友做上面所描述的这些，然而不要在枪战中妨碍他。现在这是复杂的。然后这成为乐趣。这是最困难的部分。Raven的 Chris Reed关于AI‘感觉’的一些评论：
举例来说，象棋能被认为是自然发生的游戏。有一组规则，但游戏能够陷入各种程序员不能够以个别方式处理的情形。你不能为每一种可能的棋局情形编码规则。很清楚，游戏玩家每次不会总是面临相同的游戏情景。一定程度上，进行中的游戏情形会根据他的行动而发生变化。Black and White是这种情形的一个完美的例子，和The Sims一样—游戏有它自己的规则，但你如何运用和调和他们是你自己的事情。实际上，你在玩游戏的过程中创造着游戏，而不是照着游戏设计者/程序员已经为你定义的路线进行。
前端
你已经看到了菜单系统，你可能理解游戏内的头顶显示（HUDs）时常是游戏经历中被忽视和诽谤的部分。最近，这个领域开始被给人印象非常深刻的Black and White所关注，这款游戏实际上没有HUD。在Peter Molyneux经历了Dungeon Keeper以后，它在屏幕上大量的图标，他决定游戏的大部分被这些图标占用了，主要的屏幕没有被足够利用。因此他决定废除所有这些东西。Peter迈了大胆的一步，我们为你喝彩。很不幸，这种方式适用于B&W这类风格的游戏，但它并不总是对其他种类的游戏有用。
大体而言HUDs应该是不引人注意的，只提供你需要的关键信息；这本身会在设计团队中引发争议。Soldier of Fortune的最初设计在屏幕上有一个图标，当被击中时向你准确显示身体的哪个部位被击中。当他们决定他们不准备为不同身体部位的伤害而处罚玩家时，最后这个被丢弃了。在一些早期的Soldier of Fortune的屏幕截图上，依然能够在屏幕的右上角看见这个图标。
在这里你选择哪个第三方工具用来建造内容可能是至关重要的。在Raven，过去我们已经做了一些开发决定，在这方面没有什么帮助，由于我们为大多数的建模和所有的动画需求使用了SoftImage。虽然它是制作我们需要的动画的最好工具，对于家庭业余爱好者来说它太过昂贵了。这就给那些家庭业余爱好者在扩充我们制作的内容时带来了问题，因此他们容易抛弃我们转而寻求那些比较容易制作内容的游戏。在建造或者选择一个引擎时这确实是值得留意的事情。为了响应制作游戏mods，Discreet在市场上发布了一个3D Studio Max的‘lite’版本，称为gmax。最好的是，它是免费的。如果你想要试一试，你能从这里抓取它http://www.discreet.com/products/gmax/gmaxconsumer/index.html 。
最后在线游戏的成功时常能追踪到 mod 社区，因此我认为感谢他们做了件好的工作是公平的。我过去时常说，在行业中到达一个‘真正的’工作最快的方式是从一个mod开始，说明你有完成它的训练并用它作为一个面试获得者。不能说，"我能做这个" 就像已经完成了一样。因此去到那里并开始吧。你损失什么了吗？
有关作者
Jake Simpson 是一个游戏程序员，断断续续在这个行业已经有大约20 年了。他在英国本土从15岁开始，在C64的时代，Sinclair Spectrums和 BBC Micros，经历了 Amiga 和ST，离开了一段时间，然后90年代中期至后期在Mideay Games写街机游戏。他最近在Raven Software工作过，制作有Soldier of Fortune， Heretic， Hexen， Star Trek : Voyager : Elite force 和 Jedi Knight II : Outcast，在北加州的Maxis可以找到他，为Will Wright的游戏产品工作。业余时间他为GameBoy Color和Advance编写代码，因为“你能尽可能地远离C++编码，而且，如同John Carmack所说，底层编程对程序员的灵魂有好处”。