游戏技术这条路，可深可浅。你可以满足于完成GamePlay玩法层面的东西，你也可以满足于架构和框架设计层面的东西，你也可以醉心于了解某一游戏引擎带来的掌控感。但是，我们不该止步于此，止步与目前所见或所用，这里有一条路，无关乎游戏玩法，跨越引擎和游戏服务器架构，是一条超级硬核的路，尝试去了解比引擎或服务器框架更底层，更通用的东西，由于涉及到大量数学公式、物理知识和算法，并且跨越计算机多个领域，所以会异常艰难，需要翻跃千山万水，才能一探究竟。
结构是技术的骨骼，那么算法就是技术的灵魂。下面只能简单列举在游戏开发的几个基础领域，算法要求比较高的地方：图形学、AI、物理、分布式计算及其需要的数学知识。另外，游戏玩法层面的，比如场景管理、各种子系统也会涉及到算法，不在此列。由于内容众多，只能简单列举算法所在子领域，具体详情可去翻阅推荐的参考资料。
1、游戏开发中的图形学
图形学，是游戏开发中，最核心的部分，是游戏引擎最重要的，没有之一。想要深入学习引擎，必须要了解图形学及其涉及的经典算法，另外图形学也在不断发展，有志于此的人，可能需要紧跟最新进展，看看SIGGRAPH论文之类的。
图形学的基本问题：
- 图形的输入：比如一些光学追踪设备。
- 图形的描述：通过数据结构描述图形及其关系。
- 图形的运算：图形的运动、交叉关系的计算等。
- 图形的输出：渲染。
- 几何计算及其算法。
几何计算：
- 几何基础知识
- 2D几何：点、直线、圆、弧、曲线方程。
- 3D几何：平面、曲面方程和3D几何体。
- 几何变换：平移、旋转、投影变换、透视变换、视口变换等。
几何模型：
- 三角网络：如何使用三角网络表示立体模型。
- 曲线曲面：Bezier、B样条、NURBS等。
光栅化图形学：
- 基本图形光栅化算法：直线、圆、椭圆、文字等。
- 走样和反走样：分辨率不够时的锯齿和不平滑怎么解决。
- 裁剪：按照视口去裁剪要能看见的图形。
- 消隐：只能看见物体的一个面，看不见的要怎么进行隐藏处理。
真实感图形学：
- 渲染管线：计算机系统提供的，应用层把几何数据和拓扑结构设置好，通过GPU进行几何运算、光栅化处理、像素处理，最终渲染出来的完整过程。通常每个步骤都可以使用Shader来精确控制GPU的运算。
- 几何体的变换：除了基本的平移、旋转，还有顶点融合、变形等。
- 颜色模型：颜色的计算机表示。
- 光照模型：各种不同的光源，反射/折射/散射，局部光照算法，全局光照算法，光线追踪等等，应该是游戏引擎最重要的，也是最复杂的。
- 纹理算法：纹理怎么显示在几何体表面。
- 阴影算法：模型在某种光照模型下，阴影的处理算法。
- 动画算法：骨骼动画、IK、FK等等，动画算法也是比较复杂的。
- 其他算法：太多了，没法一一列举，比如毛发、湖面、植被的模拟之类的。
2、游戏开发中AI
AI目前也是比较热门的话题，在游戏领域主要三类应用：
1> 游戏玩法相关的算法：
- 移动：游戏中NPC和玩家角色直接的追逐、闪躲、移动模式、群聚行为的模拟算法。
- 导航：自动寻路。
- 对话：玩家和NPC直接的对话系统。
- 有限状态机：FSM，明确状态和状态之间的转换规则，可以用来解决程序中的涉及到多种状态的问题。
- 行为树：NPC的行为进行列举，模拟根据不同的交互操作，产生某种可与预见的行为。
- 模糊逻辑：凡事不只是0和1，可以在区间进行随机，引入决策的不确定性。
- 规则式AI：类似与Prolog语言，定义好规则表，输入条件根据规则表进行推导。
- 遗传网络：蚁群算法、模拟退火算法。
- 神经网络
- 强化学习
2> 游戏内容的自动生成：
- 借助于AI算法来生成玩家可交互的元素，比如自动生成地图。
- 借助于AI算法来帮助开发者生产游戏内容。
3> 游戏玩家行为的建模：
其实就是大数据分析在游戏领域的应用：
- 游戏体验建模
- 游戏行为建模
3、游戏开发中的物理
要想搞清楚游戏引擎中的物理引擎，要祭出高中/大学物理的知识了，特别是力和运动，还有刚体力学，当然微积分也很关键，物理引擎最核心的内容就是计算运动方程。
- 力和运动：力学、运动学、动理学、不同类型力的特点。
- 刚体动力学：粒子、2D刚体、3D刚体、及其连结，如何描述和受力后的运动。还有发生碰撞后的检测和相应。物理引擎常见模块：
- 物理模型描述
- 物理对象管理器
- 碰撞检测
- 碰撞响应
- 受力响应
- 数值积分运算
- 物理模型：常见游戏元素物理模拟，比如：飞机、船舶、汽车、枪炮、各种体育运动。
- 物理设备：触摸屏、加速计、重力/压力传感器、VR显示、光学追踪设备、3D音效等。
4、游戏开发中的网络
对于多人游戏，游戏服务器部分也是非常关键的，特别是大型多人游戏，游戏服务器架构也是很复杂的，一般大家印象中，游戏服务器开发，只需要处理好网络和通信，还有游戏逻辑就可以了。其实，还有比这些更重的内容，游戏服务器作为分布式系统的一种应用，不同类型游戏，服务器架构也会不同，但是有些分布式系统本质性的思想，一直贯穿其中。
分布式系统涉及到的内容：
- 网络通信
- 并发处理
- 命名
- 同步
- 数据存储
- 多副本和一致性
- 容错性
- 安全性
- 模块化和可扩展性
分布式系统相关的算法：
- 分布式图算法和分布式路由算法
- 全局状态和全局时钟算法
- 同步和协调算法：
- 物理时钟同步算法
- 选主算法
- 互斥量
- 死锁检测和解决算法
- 异常侦测算法
- 垃圾回收算法
- 数据多副本、一致性模型、和缓存相关
- 分布式共享内存
- 可靠性和容错性相关
- 一致性算法
- 多副本的管理
- 选举算法
- 分布式提交：原子提交（APC）、两阶段提交（2PC）、三阶段提交（3PC）
- 负载均衡算法
- 实时调度算法
5、游戏开发中的数学
针对上述算法密集型的领域，要想理解的通透，下面的数学和物理就是必修内容：
- 图论：离散数学中非常重要的部分，是计算机网络和诸多领域的基础理论之一。
- 线性代数：矩阵运算，求解线性方程组。
- 立体解析几何：图形学的基础。
- 计算几何：图形学的基础。
- 光学：游戏引擎光照模型和算法的理论基础。
- 力和运动学：游戏物理引擎中理论基础。
- 数值计算：用计算机求解数学方程，和数学问题的基础。
6、小结
游戏技术，想要往深的挖，挖着挖着就碰到硬骨头了，翻来覆去地去把玩它，深入地了解它，了解的越深刻，在游戏开发过程中的奇思妙想就会越多，解决问题也会越有成效。这就是游戏技术的魅力所在，不单单是写写代码，提升自己的认知水平也很关键。享受游戏技术的乐趣，没必要全都要了解，找到自己的点，深入发掘，乐趣无穷。弱水三千，只取一瓢，一饮而尽，快哉！
PS. 要获取游戏中的算法高清大图，请关注微信公众号：狂暴的游戏程序员（fury-programer）
7、参考资料：
- Graphics：《Mathematics for 3D game programming and computer graphics 》
- Graphics：《Fundamentals of Computer Graphics 》
- Graphics：《Computer Graphics：Principles and Practice》
- Graphics：《Real Time Rendering》
- AI：《AI for Game Developer》
- AI：《Artificial Intelligence and Games》
- Physics：《Physics for Game Developer》
- Network：《Distributed Algorithms》 by Nancy A. Lynch
- Network：《Distributed computing principles, algorithms, and systems》
