数学的核心是形式化，工程的核心是权衡，计算机科学的核心就是抽象
从底层到顶层，从电路到软件，抽象以各种形式存在于各个过程

为什么说抽象是核心

• 体系层面：计算机世界是人为构建的，没有自然规律必须规定“这样做”。一切系统都是分层设计的产物；真实的硬件指令、晶体管电路过于庞杂，人类无法直接操作这些细节；抽象层帮助屏蔽掉底层复杂性，让开发者用更高层的“模型”去思考问题
• 概念层面：在计算机科学中，抽象不仅是对实现细节的屏蔽，更是对问题的本质建模；人为划分的学科是对某个领域的抽象，某个领域是一系列相关概念的集合，而概念本身就是一种抽象，例如：
  • 数据结构是对存储方式和操作的抽象
  • 算法是对解决步骤的抽象
  • 进程是对程序运行的抽象
  • 类是对现实事物和行为的抽象

开发者不是直接跟“机器”打交道，而是用“概念”去思考和操作。而抽象是把“具体细节”提炼成“普遍概念”。而编程能力 = 使用抽象的能力 + 构建抽象的能力

游戏开发

游戏开发是技术性、艺术性和商业性的融合，它包括：

• 计算机科学的抽象：算法、数据结构、图形学、网络、AI
• 工程抽象：引擎架构、模块化、组件系统、工具链
• 艺术抽象：视觉（美术、动画、特效）、听觉（音乐、音效）
• 人类学抽象：交互设计、玩家心理学、叙事学

游戏开发的特点在于以下几个方面

• 架构与主循环
  • 传统软件
    • 多是事件驱动：用户点击按钮 -> 程序响应 -> 完成一次逻辑
    • 没有严格的全局循环，更多依赖操作系统的消息机制
  • 游戏开发
    • Game Loop是核心
    • 每一帧都要处理输入、物理、AI、渲染 -> 保证实时性
• 数据与状态管理
  • 大量瞬时数据（角色坐标、速度、动画状态、AI决策等）
  • 状态每帧都在更新，生命周期可能只有几毫秒
  • 引擎常用ECS架构或对象池优化性能
• 图形与界面
  • 实时渲染管线：3D模型、材质、光照、阴影、后处理
  • UI也是游戏世界的一部分（血条、HUD、动态菜单）
  • 需要GPU编程（Shader、OpenGL/DirectX/Vulkan/Metal）
• 输入处理
  • 输入是连续流：键盘、鼠标、手柄、触摸、VR控制器
  • 必须处理高频输入事件，并和游戏循环绑定（如角色移动、镜头旋转）
  • 需要支持多平台输入抽象（PC、主机、移动）
• 性能与优化
  • 性能优化是日常工作
    • CPU -> AI/物理/逻辑优化
    • GPU -> Draw Call减少、LOD、光照烘焙
    • 内存 -> 对象池、资源管理
• 多人与网络
  • 多人游戏需要实时同步（50~60次/秒）
  • 处理网络延迟与抖动：预测（Client Prediction）、插值、回滚（Rollback Netcode）
  • 技术难度远高于传统C/S架构
• 调试与测试
  • 自动化测试覆盖有限（尤其是“手感”“平衡性”）
  • 调试常依赖游戏内调试工具（DebugUI、可视化碰撞框、日志叠加）
  • QA需要人工长时间试玩，找“试玩bug”
• 团队协作
  • 多工种融合：程序 + 美术 + 设计师 + 音效 + 策划
  • 美术资源和程序逻辑高度耦合（模型、贴图、动画都要引擎支持）
  • 迭代过程常常是“美术换素材 -> 程序适配 -> 调整玩法”

技术层面的抽象概念

抛开引擎，语言，工具链，游戏开发的核心本质可以抽象为以下层面

最底层的抽象：状态与变换

• 游戏本质上是：在时间维度上不断更新状态
• 状态：数据
• 变换规则：物理公式、输入逻辑、AI决策、脚本事件…
• 抽象公式：$State_{t+1} = f(State_t, Input_t, \Delta t)$

单机游戏是确定性状态机（输入决定下一步）；网络游戏是部分不确定状态机（网络延迟、同步问题让同一状态在不同客户端不一致，需要预测/回滚）

所有游戏逻辑，都可以抽象为“状态机 + 时间推进”

核心抽象：循环（Game Loop）

Game Loop是游戏引擎的心脏，所有游戏逻辑、渲染、输入处理、物理更新都围绕它转
核心思想：循环 + 时间驱动
每一帧游戏世界都要经历一套固定流程\

while (game_is_running) {
    process_input();   // 处理输入：键盘、鼠标、手柄、触屏
    update(deltaTime); // 更新游戏逻辑：AI、动画、物理、状态
    render();          // 渲染：把当前世界画出来
}

• 输入：把玩家和外部事件（键盘、鼠标、网络消息）收集进来
• 更新：基于输入和时间推进游戏世界状态。这会涉及物理计算、角色移动、碰撞检测、AI逻辑等
• 渲染：把结果绘制到屏幕，交给GPU显示

游戏引擎的核心就是封装了这个主循环

时间控制：deltaTime

CPU/GPU性能和环境不同，循环速度会变化。为了保证游戏逻辑的一致性，需要引入帧间隔时间：

• deltaTime = 当前帧时间 - 上一帧时间
• 所有物体移动、动画更新都基于deltaTime来计算，而不是“每帧加1”

position += velocity * deltaTime;

固定更新 vs 可变更新

很多引擎（比如Unity、Unreal）会区分

• Fixed Update：逻辑、物理更新用固定时间步长（比如0.02秒一次）。保证物理模拟稳定、确定
• Variable Update：渲染和输入随帧率变化，每次循环一次

这就是为什么Unity里有Update()和FixedUpdate()两个钩子

结构抽象：实体与组件

• 游戏事件由许多对象组成
• 最常见的抽象是ECS（Entity-Component-System）或Node/Scene
• 公式化：
  • 实体（Entity）：唯一ID，对象存在本身
  • 组件（Component）：数据（位置、生命、动画…）
  • 系统（System）：处理逻辑（移动系统、渲染系统…）

这就是现代引擎常见的设计模式

行为抽象：事件与消息

• 游戏逻辑不是线性流程，而是大量事件驱动
  • 玩家按下键 -> 发射子弹
  • 怪物死亡 -> 掉落物品
• 所以技术抽象是：事件系统 / 信号系统
• 这让不同模块解耦，支持扩展

表现抽象：渲染管线

• 游戏最终要呈现给玩家
• 渲染管线抽象：
  • 世界数据（模型、灯光、材质）
  • 变换（矩阵：世界 -> 摄像机 -> 投影）
  • 光照/Shader计算
  • 输出像素到屏幕

渲染其实就是：数学变换 + 并行计算

系统抽象：资源与时间

• 游戏是大规模资源的组织：纹理、音效、脚本、AI
• 技术抽象上，需要资源管理（加载、缓存、卸载）
• 同时要保证实时性：60fps/120fps的节奏约束

游戏开发技术层面的抽象概念是“实时状态机 + 事件驱动的交互循环”，引擎则是帮助把这些抽象组织好