從0開發3D引擎（八）：準備「搭建引擎雛形」

你們好，如今開始本系列的第三部分，按照如下幾個步驟來搭建引擎雛形：
一、分析引擎的需求
二、實現最小的3D程序
三、從中提煉引擎原型
四、一步一步地對引擎進行改進，使其具有良好的架構
五、實現與架構相關的功能，如「多線程渲染」、「延遲渲染」等功能

本文進行第一步，分析引擎的需求。

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從0開發3D引擎（七）：學習Reason語言

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從0開發3D引擎（九）：實現最小的3D程序-「繪製三角形」

業務目標

1.手把手教讀者如何從0開發3D引擎
2.學習函數式編程及其在3D領域的應用
3.學習3D編程中基礎的功能實現，如紋理、光照、模型等
4.學習引擎的設計和架構，如Data Oriented、多線程等

本系列開發的引擎屬於最簡化的引擎，讀者能夠根據本身的須要在此基礎上對引擎進行擴充，知足本身的應用場景。

範圍

• 簡單渲染
  引擎只有最基礎的光照和紋理功能。
• 簡單交互
  引擎只能經過「操做相機」來交互。
• 適當的擴展
  引擎支持主要的擴展方式，如使用腳本組件來插入用戶邏輯，實現動態場景。

Feature

• 最小功能
• 徹底函數式的架構
• 支持良好的擴展性
• 優秀的性能

上下文

• 開發者
  開發者是直接使用引擎來開發Web 3D應用的程序員。
• 編輯器
  編輯器屬於對引擎的二次開發。它對引擎進行封裝，以「所見即所得」的方式向用戶提供對Web 3D場景編輯的界面，從而使用戶能夠很方便地開發Web 3D應用。

功能性需求

• GameObject和Component
  引擎是ECS架構，場景是由多個GameObject組成，而每一個GameObject又由多個組件（Component）組成。
  其中，組件包括Transform、Geometry等。
• 多線程渲染
  若是瀏覽器支持Shared ArrayBuffer和OffscreenCanvas，那麼引擎能夠打開多線程渲染，使用兩個線程：主線程和渲染線程。
• 前向渲染和延遲渲染
  引擎支持前向渲染和延遲渲染，用戶能夠選擇其中一種進行渲染。
• 光照
  引擎只支持方向光。
• 紋理
  引擎只支持最基本的紋理。
• Scene Graph
  引擎使用自定義的wdb格式保存場景數據，並支持它的導入和導出。
• 相機
  引擎支持用相機與場景交互，包含幾個子功能點：
  • 支持透視投影相機
  • 事件
    引擎綁定和封裝了事件，統一了pc端和移動端的事件。
  • 支持相機控制，如漫遊相機
• 擴展
  引擎支持用擴展來實現自定義功能，包含幾個子功能點：
  • 自定義渲染管道
  • 腳本組件
  • 自定義材質

非功能性需求

引擎對於「質量」要求高，由於它是須要長期開發和維護的項目，並且具備很高的技術複雜度。

開發期質量

• 高可擴展性
  由於本系列開發的引擎屬於通用引擎，須要支持各類應用場景，因此要求引擎便於擴展。
  本系列主要經過腳本組件等功能來支持擴展。
• 高可維護性
  引擎須要長期維護，因此須要引擎代碼健壯，易於維護。
  本系列主要經過契約檢查、強類型語言Reason自帶的編譯檢查、代碼重構來確保可維護。
• 低可測試性
  照理說，引擎須要很高的可測試性，這樣在長期的開發中能顯著下降錯誤率，提升效率。可是本系列爲了節省篇幅，沒有寫自動化測試用例，而是經過「運行測試」來驗證正確性。
  建議讀者在實際開發中，保證較高的自動化測試覆蓋率。

運行期質量

• 高性能 由於使用引擎渲染的3D應用，特別是3D遊戲，至少須要每秒30幀才能流暢運行，因此引擎對於性能要求很高。 本系列在搭建引擎雛形時，會進行屢次性能測試，從而保證使用最佳性能的方案來構建引擎底層。