腾讯游戏开发精粹计算机与互联网游戏开发腾讯游戏服务端架构

代表腾讯冠绝的游戏开发技术

来自上线项目的21个前沿解决方案

中国版Game Programming Gems

鹅厂创办人携各大工作室联合力荐

《腾讯游戏开发精粹 》是腾讯游戏研发团队不断积累沉淀的技术结晶，是继 2019年推出《腾讯游戏开发精粹》后的诚意续作。本书收录了 21 个在上线项目中得到验证的技术方案，深入介绍了腾讯公司在游戏开发领域的新研究成果和新技术进展，涉及人工智能、计算机图形、动画和物理、客户端架构和技术、服务端架构和技术及管线和工具等多个方向。本书适合游戏从业者、游戏相关师生及对游戏幕后技术原理感兴趣的普通玩家。

本书作者团队来自腾讯游戏各个部门，由数十位从事一线技术研发和前沿创新的技术专家组成。

王小波曾说：“我总在回想幼时遥望人类智慧星空时的情景。千万丈的大厦总要有片奠基石，初的爱好无可替代。所有的智者、诗人，也许都体验过儿童对着星光感悟的一瞬”。

所有把小时爱好作为职业的游戏从业者，几乎都有一个好的开始。正如我从2000年投身游戏技术开发3D引擎的时候一样。20年前，想得到一些游戏开发的新技术知识，只能托人从海外带回一些原版的游戏开发书籍。的《游戏编程精粹》（Game Programming Gems）卷是2000年在国外出版的，2004年国内才引进。国内游戏的研发在当时还处于快速追赶期，更谈不上出版书籍。

随着中国游戏业腾飞，腾讯凭借自身实力，迅速成为国内开发高品质游戏的领军公司之一。游戏开发既是非常复杂的软件工程，又是创新与创造高度密集的心理学产品制造过程。腾讯公司聚集了大量国内dingjian人才，在众多高技术质量自研项目中不断积累和进步。如今，腾讯公司把自己技术人才多年研发的经验积累编篡出书，无疑是对中国游戏技术研发的巨大贡献。

——姚勇，北京永航科技有限公司CTO

相比本书，本书结合了更多前沿技术，大多在实际项目中落地并有了很好的表现，同时对工作管线和流程有了更多的分享。

人工智能部分从个性化内容生成到游戏AI决策，都在多款游戏和生产管线中有了成熟的运用；计算机图形部分的内容有趣且有价值，实时面光源的优化使得我们能在手机平台应用的渲染功能，体素化场景射线可以追踪烘焙LightProbe的SH系数和可见性的，基于Cuda实现的MPM的框架整合进引擎能高效模拟多种复杂的弹性和塑性材质的交互，给游戏的表现和玩法层面带来了新的可能性，以及进行了详细完善的从表情捕捉到捏脸的实践和分析。动画和物理部分包含需要大量实践和积累的动画和物理系统的运用技巧，可以帮助读者了解对于相关模块技术的运用方式。通用部分包括客户端和服务端对架构的设计和常见需求的解决方案，以及工具、管线方面的技术。

整本书覆盖了游戏开发的很多方面，兼顾了技术广度和深度，从业的开发人员或有兴趣在相关技术方向发展的同学能从中获得行业中较新的且已经落地的技术的手资料。

——王祢，Epic Games China首席引擎工程师

本书汇聚了腾讯工程师在实战中使用的技术精华，涵盖了自然场景快速建模、个性化人脸建模、实时全局光照、语音驱动的表情动画、基于物质点法的物理仿真、多足角色动画等前沿计算机图形学和计算机动画研究进展。该书不仅体现了人工智能与计算机图形学深度融合这一技术发展趋势，还深入介绍了工业界非常关注的内存管理、客户端和服务端架构等工程实战经验，能让读者全面、快速地了解实时图形的新技术进展。分享的开发精粹不仅可用于数字娱乐，还可用于智能制造、智慧城市、虚拟现实、电子商务、社交媒体等领域，从而让更多领域的研发人员受益。

——金小刚，浙江大学-腾讯游戏智能图形创新技术联合实验室主任

过去几年来，AI技术的突飞猛进在许多应用领域取得巨大的进步，正在改变世界。游戏领域正是对AI技术的需求zuiqiang烈、积极的深度变革的领域。鹅厂的游戏业务在过去20年，经历了从PC时代到移动时代，再到ABC时代（AI+BigData+Cloud）的3次技术时代变迁，鹅厂的游戏团队从几个爱好者的小作坊发展为人数过万的大型团队。

本书由鹅厂游戏的技术大牛出品，记录和分享了在面对技术时代变迁时，在大型在线游戏作品中如何应用AI技术和场景落地的经验、教训，以及他们的思辨路径。推荐给喜欢游戏产业，喜欢AI新科技的朋友们。

——张志东，腾讯主要创办人

技术是游戏的驱动力。技术的高速发展，不断重塑着游戏的形态；游戏与技术的相互促进，延展出许多新的想象空间。的游戏正在成为一种“级数字场景”，除可以提供令人愉悦的体验外，还开始与各行各业产生更紧密的连接，为我们的生活创造出更多丰富的价值与可能。

对游戏从业者来说，这是机遇也是挑战，需要我们用更加开放、更加动态、更加有责任心的眼光来看待我们所处的这个行业。《腾讯游戏开发精粹》系列书籍是腾讯游戏一次有益的尝试，继2019年的册后，出版《腾讯游戏开发精粹》，我们尝试将项目中积累沉淀的前沿技术方案与全行业共享，希望能激发出更多的想象力和创意，不断丰富游戏技术在不同场景、产业运用的可能，共同探索产业契合未来的可能路径。

——马晓轶，腾讯集团副总裁

《腾讯游戏开发精粹》由腾讯游戏学堂发起，多个腾讯游戏研发团队参与撰写，经过内部多轮审核优化，沉淀了21个前沿技术案例。作为《腾讯游戏开发精粹》的续作，本书维度更丰富、技术更前沿，希望为读者朋友们提供更好的阅读体验。同时，期待能以本书为契机，促进游戏行业更多的分享交流，推动游戏行业良性发展，助力游戏人成就游戏梦想。

——夏琳，腾讯游戏副总裁、腾讯游戏学堂院长

第二册《腾讯游戏开发精粹》和时下的热词Metaverse（元宇宙）遥相呼应。如果说册是传统的游戏开发和运营所需要用到的基础技术的剪影，那么第二册则是元宇宙的敲门砖：腾讯游戏在计算机图形学、动画上的实践，工业化的生产流水线，各种AI能力和应用，大世界的C/S 架构凡此种种，均有助于读者搭建自己的虚拟世界。

——崔晓春，腾讯游戏副总裁、腾讯游戏公共研发运营体系负责人

《腾讯游戏开发精粹》汇集了多位研发一线专家的宝贵经验。书中的技术方案大都在腾讯游戏产品中部署，经过了亿万名玩家的检验。对于正在从事游戏开发或对游戏开发好奇的读者，本书既可以拓展知识面，又可以对照着动手实践。本书各章独立成文，有经验的开发者可以快速跳到自己感兴趣的部分，读完后还能以此为起点，在网上搜索相关信息扩展阅读。

——徐成龙，腾讯互动娱乐天美工作室群技术中心副总经理

《腾讯游戏开发精粹》是一部技术好文集锦，囊括了当前游戏开发所必需的多种关键技术。书中所录知识来源于实际的游戏研发过程，涉及的游戏项目均为腾讯游戏中在研或已上线的项目，许多案例历经充分的版本和线上运营考验，凝结了腾讯技术专家们在实际研发场景中克服种种技术挑战得出的宝贵经验。希望本书可帮助广大游戏同行在工作与研究中举一反三，也期盼本书对志于投身游戏开发的爱好者们有所启发。

——陆遥，腾讯互动娱乐光子工作室群技术中心助理总经理

游戏是艺术创作与技术实现的完美结合，技术的突破和创新一直是游戏行业发展的源动力。本书由腾讯游戏多位技术专家共同编撰，涵盖了游戏研发各重要领域的知识，代表了腾讯游戏前沿的技术实践。我们期待与本书的各位读者共享游戏技术，更期待与大家一起学习和成长，一起推动游戏技术进步，打造的游戏作品，为用户带来更多快乐。

——朱新其，腾讯互动娱乐魔方工作室群魔镜工作室总经理

《腾讯游戏开发精粹》系列不知不觉已经来到第二册，作为读者和参与者，我收益良多。游戏开发从本质来说是一个创意和内容生产的活动，并不是一个算法或架构的挑战赛。一个做法和算法好不好，要用终的结果品质和体验来评判。这里很大程度上就越了编程的范畴，需要考虑参与的美术策划人员，以及整个项目的流程产能等。很酷的算法到实战中吃瘪的案例比比皆是。

《腾讯游戏开发精粹》贵在实战和实践，除技术和算法外，我们更能看到这些技术和算法是如何应用到具体的项目中终面见玩家的，是一个有实战意义的完整分享。希望本书对游戏开发者有所启发，帮助大家开发出更的游戏产品。

——安柏霖，腾讯互动娱乐北极光工作室群技术总监

从点线方块的简单组合到栩栩如生的美术表现、丰富多样的玩法体验、导入AR / VR而突破的交互形态、融合人工智能而构建的海量内容，都是永不停歇的技术进步赋予游戏的想象空间。同样，游戏对规模化、沉浸感日益增长的需求不断驱动技术的开放创新、迭展和高效落地。

精于历练，粹于热爱。希望本书用心编撰的内容能给予读者更多启发，我们一起知行并进，持续探索前沿技术对游戏开发的内在提升，乃至未来跨领域结合应用的无限可能。

——沈黎，腾讯互动娱乐NExT Studios负责人

部分 人工智能

第1章 基于照片的角色捏脸和个性化技术 2

1.1游戏中的捏脸系统 2

1.2基于照片的角色捏脸流程 3

1.3自定义捏脸工具包Face Avatar 31

1.4总结 33

第2章 强化学习在游戏AI中的应用 34

2.1游戏中的智能体 34

2.2强化学习在竞速类游戏中的应用 38

2.3强化学习在格斗类游戏中的应用 45

2.4展望与总结 55

第3章 多种机器学习方法在赛车AI中的综合应用 61

3.1游戏AI简介 61

3.2赛车AI的常规方案 62

3.3遗传算法优化赛车AI参数 63

3.4监督学习训练赛车AI 68

3.5强化学习训练赛车AI 71

3.6总结 74

第4章 数字人级别的语音驱动面部动画生成 75

4.1语音驱动数字人面部动画项目介绍 75

4.2问题背景与研究现状 75

4.3一个语音驱动高保真数字人的机器学习处理流程 79

4.4基于深度学习语音识别的语音驱动数字人方法 85

4.5多情绪语音驱动数字人 91

4.6应用 93

4.7总结 97

部分 计算机图形

第5章 实时面光源渲染 100

5.1现状介绍 100

5.2理论介绍 101

5.3实践优化 107

5.4总结 112

第6章 可定制的快速自动化全局光照和可见性烘焙器 113

6.1光照烘焙简介 113

6.2基于Voxel的快速光线追踪的实现 114

6.3Volume Lightmap的烘焙实现 123

6.4Visibility的烘焙、存储与使用 128

6.5总结 143

第7章 物质点法在动画中的应用 145

7.1物质点法简介 145

7.2工业界现有的物质点法模拟库 147

7.3物质点法在GPU上的高效实现 149

7.4虚幻引擎中的物质点法插件 155

7.5实现效果 160

7.6总结 161

第8章 高自由度捏脸的表情动画复用方案 162

8.1面部捕捉表情重定向到玩家自定义的脸 162

8.2捏脸与表情系统概述 163

8.3捏脸系统设计与实现 165

8.4表情系统原理与表情捕捉技术 172

8.5表情动画补偿与性能优化方案 178

8.6总结 190

部分 动画和物理

第9章 多足机甲运动控制解决方案 192

9.1机甲题材的游戏 192

9.2程序化运动动画 195

9.3表现生动化 200

9.4地形适应 204

9.5总结 207

第10章 物理查询介绍及玩法应用 208

10.1物理引擎和物理查询 208

10.2穿墙问题 208

10.3物理查询 208

10.4射线投射查询 209

10.5扫掠查询 213

10.6重叠查询 219

第11章 基于物理的角色翻越攀爬通用解决方案 223

11.1应用场景介绍 223

11.2CP系统的物理基础 224

11.3CP系统的设计思路 227

11.4CP系统的具体实现 229

11.5CP系统的性能优化和复杂度控制 236

11.6 游戏的应用与优化 238

11.7总结 239

部分 客户端架构和技术

第12章 跨游戏引擎的H5渲染解决方案 242

12.1嵌入游戏的H5渲染引擎介绍 242

12.2如何快速开发游戏周边系统及问题 242

12.3架构 245

12.4渲染后端实现 251

12.5渲染之外 269

12.6总结 270

第13章 大世界的场景复杂度管理方案 272

13.1游戏里的大世界 272

13.2输入部分 277

13.3输出部分 284

13.4反馈控制部分 285

13.5数据 290

13.6总结 291

第14章 基于多级细节网格的场景动态加载 292

14.1Level Streaming 292

14.2基于多级细节网格的Level Streaming 293

14.3将场景预处理成多级细节网格结构 295

14.4基于多级细节网格结构的加载 298

14.5多级细节网格的其他应用 299

14.6总结 300

部分 服务端架构和技术

第15章 面向游戏的高性能服务网格TbusppMesh 304

15.1TbusppMesh摘要 304

15.2TbusppMesh数据通信 305

15.3TbusppMesh组网策略 309

15.4TbusppMesh有状态服务 315

15.5总结 321

第16章 游戏配置系统设计 322

16.1游戏配置系统概述 322

16.2游戏配置简介 322

16.3游戏配置系统 323

16.4配置设计与发布 324

16.5配置Web管理系统 328

16.6总结 330

第17章 游戏敏捷运营体系技术 331

17.1游戏运营概况 331

17.2DataMore大数据计算体系建设 335

17.3基础平台 343

17.4总结 360

部分 管线和工具

第18章 从照片到模型 364

18.1从照片到模型概述 364

18.2拍摄和预处理 366

18.3模型生成和处理 374

18.4去光照 378

18.5结果展示 384

18.6 总结 385

第19章 一种可定制的Lua代码编辑检测工具 387

19.1LuaHelper简介 387

19.2研究现状 388

19.3实现原理 388

19.4相关理论 392

19.5代码检测 402

19.6注解功能 407

19.7总结 416

第20章 安卓平台非托管内存分析方案 417

20.1内存问题 417

20.2解决方案 419

20.3适配游戏引擎 422

20.4性能表现 425

第21章 过程化河流生成方法研究与应用 427

21.1过程化挑战 428

21.2Houdini / Houdini Engine简介 428

21.3河流组成及视觉要素 429

21.4河流生成 429

21.5材质 449

21.6工作流程 452

21.7总结 455

推荐序

本书是《腾讯游戏开发精粹》系列的第二册。万事开头难，得益于册的成绩，本书在编写过程中秉承了册的开放精神，力求推动游戏开发领域朝着更加开放的未来迈进。本书通过系统性地组织，鼓励腾讯游戏的工程师将游戏中实际使用的新技术拿出来，毫无保留地与行业共享，与行业一起进步。

游戏技术覆盖面广泛。因此，本书在筹备的过程中在广度上下了功夫。在征稿阶段，全面覆盖腾讯游戏的所有工作室群及同级组织；在审稿阶段，有幸邀请到各个方向的技术专家担任审稿人和编委，力求在广度上充分展现腾讯游戏的技术胸怀和包容性。

在深度上，各位专家审稿人严格把关，保障了文章的技术深度和质量。本书在征稿阶段收到了53份有效投稿，覆盖了腾讯游戏技术的方方面面，由于篇幅的限制，一些的投稿无法收录，在此向所有投稿人致以真诚的感谢。考虑到对读者的技术价值，本书增加了相关技术须通过大规模验证的要求，以及普通读者在阅读后较为容易复现的要求。终，本书从创新性、时效性和实用性的角度出发，遴选出其中对业界现有技术方案有技术创新并在游戏中已经实际使用的21篇文章。

在时效性上，入选本书的技术都贴近当前游戏研发的前沿技术：从人工智能在游戏决策与内容生产上的技术突破，到光影在计算机图形学中的新表现；从动画物理控制下的动静相宜，到客户端与服务端上复杂细致的架构思考，再到游戏制作生产管线的工具技术。每篇文章都选择了投稿一年内的技术方案，并且充分考虑了在未来技术发展方向上的代表性。

然而，本书还是有所缺憾的，虽然投稿踊跃，遴选用心，却仍在游戏安全、软硬件结合技术和理论算法研究等方向上力有不逮。千里之行，始于足下。希望《腾讯游戏开发精粹》的这一小步，能向前承接本系列之开放精神，也能向后抛砖引玉，期待本系列续作发扬光大。

后，希望本书能对读者有所帮助，如有任何意见请不吝通过邮件反馈给我们：tencentgamesgems@tencent.com。期待在第三册再见。

——吴羽《腾讯游戏开发精粹》主编、腾讯互动娱乐研发效能部引擎技术总监