（报告出品方/作者：华安证券，金荣）
1游戏引擎——元宇宙时代的卖铲人
1.1游戏引擎：游戏研发者依赖的工具
游戏引擎是用于游戏研发的软件，为开发者提供开发环境的同时，提供一系列的“函数库(Libraries)”和“模块化组件”。在早期，从0到1编写出“贪吃蛇”、“俄罗斯方块”这样的游戏相对来说较为容易，脚本构建、代码编写、UI交互都较易完成，但随着游戏画面越来越丰富、游戏玩法越来越复杂，如果每开发一款新游戏都需要从0到1重新开始，投入的时间和成本都是巨大的。事实上，不同游戏开发过程的基础环节和底层技术是可以不同程度复用、移植的，把这些技术标准化、模块化、通用化，再整合成为一个综合软件就是游戏引擎，通俗的理解即为“一系列通用代码的综合体，一个已编写好的游戏生产工作台、一个游戏开发的模块化基地”。
开发者可以借助引擎直接实现通用的基础功能如资源导入、图形渲染、效果集成等，无需从头编写底层代码，从而将更多的时间用在玩法思考、世界观构建上，可以实现区别于其他游戏的虚拟世界和价值内核。不难理解，对游戏引擎的选择、开发和运用直接决定研发效率和最终呈现的游戏品质。在游戏开发流程中，游戏开发者并不是从零到一去开发游戏，而是通过使用游戏引擎提供的“中间件”，完成对游戏世界的构建。开发者需要首先在其他软件中（比如3DMAX）完成美术资源、音乐音效、动作等要素内容构建，然后将这些资源导入引擎，在引擎中对其进行渲染以提升画面表现、编写脚本以实现要素交互，最终进行效果集成，高效生成游戏产品。
游戏引擎可以理解为一个设备齐全的电影拍摄场地，游戏创作者则可以理解为电影导演。电影拍摄场地提供灯光、摄像机、导轨、威亚等，是拍摄任何一部电影都需要的标准化工具；导演则需要聚集剧本、演员、布景等，这些是拍摄不同电影所需要的个性化素材。场地及工具与导演共同把电影拍得更好，就像游戏引擎与创作者通力合作让游戏中的画面和要素交互变得更生动真实。需要注意的是，真实并不是写实，游戏领域里的真实是让玩家感受到：即使这个东西是夸张的、艺术化甚至动漫化处理的，但它并不违和，能够在逻辑上、感官上、体验上自洽。与电影类似，玩家认同一款游戏的真实性和合理性，就像电影观众能够沉浸观影而不跳戏。游戏引擎通常包含以下系统：渲染、碰撞及物理、骨骼动画、音效、视觉效果、人工智能、网络引擎以及场景管理等。能否实现画面和交互的真实性是游戏引擎的核心竞争力，而实现或增强该竞争力的基础则是游戏引擎十分重要的两个细分组件：渲染引擎和物理引擎。
渲染引擎的强大与否直接决定着游戏的输出质量。将制作好的模型内容要素导入进引擎后，渲染引擎可以把模型、动画、光照、阴影等所有效果实时计算出来并展示在屏幕上，从而实现较高的拟真性。3D渲染的步骤包括：首先，要描述一个虚拟场景；其次，要定位及定向一个虚拟摄像机，为场景取景，在摄像机附近悬浮着一个由多个虚拟感光元件组成的虚拟屏幕；第三，设置光源，光源产生的光线会通过与环境中物体的交互作用或反射，最终被感光元件捕捉；第四，描述场景中物体表面的视觉特性，从而判断光线如何与物体表面产生交互作用（如光被吸收、被反射、被折射、被衍射）；最后，对于每个位于影像矩阵内的像素，渲染引擎都会找出经过该像素而聚焦于虚拟摄像机焦点的（一条或多条）光线，计算其颜色和强度，并对其着色。
物理引擎可以定义虚拟世界的运行规律，并使模型按照规律进行运动。第一，通过物理引擎可以设定一些参数来模拟真实世界，例如通过设定重力值和重力加速度，来决定角色能跳得多高、落得多快；第二，物理引擎的碰撞探测功能可以探测游戏中各物体的物理边缘，当两个3D模型撞在一起时，碰撞探测可以防止它们相互穿过，这就确保了当玩家撞在墙上的时候，既不会穿墙而过，也不会把墙撞倒。物理引擎的发展与CPU性能的优化息息相关。碰撞检测是CPU密集型工作，因为判断两个相撞是否相交，所需的计算量非常大，并且多数游戏世界中含有大量的物体，随着物体数量的递增，所需的相交测试也会不断增长。渲染引擎和物理引擎在游戏沉浸感和真实度方面扮演了十分重要的角色，但它们的开发需要很长的周期和极高的成本。尤其是中小型公司来说，如果每做一款游戏都需要从头打造一款功能齐全的专用引擎再基于该引擎制作游戏，并不一定能产出好的效果或收益，甚至可能得不偿失。基于此，游戏引擎软件公司都相当重视旗下引擎产品的标准化和通用性，旨在简化游戏制作复杂程度、缩短游戏开发周期、降低产品制作成本。与“汽车引擎”类似，之所以称这种游戏开发辅助软件为“游戏引擎”，是因为它与汽车引擎扮演的角色类似，不仅提供了最核心、最底层的技术从而实现并控制游戏或汽车的运行，而且不需要在制造每款游戏或汽车时都重新从0开始设计引擎。
1.2游戏引擎发展史：随着显卡性能进步快速迭代，追求极致视觉体验
游戏引擎诞生之初主要是为了减少重复编程，提高游戏开发效率。伴随着硬件的发展，游戏引擎也在持续迭代、优化性能。年以前：游戏处于主机时代，开发者“重复造轮子”。在20世纪90年代之前的主机时代，注重内容情节和功能场景的日本游戏称霸天下。但是由于硬件设备性能有限，此时游戏对人物角色细节、场景逼真度的要求并不高，因此日本游戏开发商并没有意识到系统化游戏引擎能够显著提高游戏开发效率，每一款新游戏都是从零开始写代码。
-年：游戏进入PC时代，第一款游戏引擎诞生。20世纪90年代之后随着电脑的普及，PC游戏开始发展。电脑的性能比主机高很多，因此用户对于游戏画面和角色精细逼真度的要求也有所提升，这也导致开发一款游戏所需的代码量呈指数级增加。此时，开发者们逐步有了复用代码从而提升游戏开发效率的需求。年，IdSoftware使用DOOM引擎（IdTech1）制作了《毁灭战士》，该游戏角色与物品的互动性进一步增强，光照音乐效果不再单一，这些效果在3D显卡都没有问世的年是非常激动人心的进步，在当年创造了近万份销量。游戏的软件架构被清楚地分为核心软件组件、美术资产、游戏世界和游戏规则，这样的划分是很有价值的，若另一个开发商取得该引擎使用权，只需制作新的美术、关卡、角色、游戏世界、游戏规则，就可以打造出一款新的游戏产品。DOOM引擎对游戏软件构架的划分激发了mod社区的兴趣，也因此成为第一个商业引擎。
年，Id推出《雷神之锤（Quake）》，使用的Quake引擎是真正意义上的3D引擎，完全支持多边形模型、动态光源和粒子特效。年，Id又推出了《QuakeII》，采用的引擎也升级为IdTech2。IdTech2引擎添加了色材质贴图，首次实现了彩色光影效果，使游戏中的物体在反射光影时能展现出不同的色彩效果，还通过支持DLL（dynamic-linklibraries，动态链接库）文件实现了软件渲染和OpenGL渲染。同时，由于年显卡已经兴起，因此IdTech2引擎也支持硬件3D加速。
-年：游戏引擎不断升级，虚幻引擎横空出世。年，当IdSoftware凭借其IdTech2独霸引擎市场之时，EpicGames发行游戏《Unreal》，虚幻引擎（Unreal）也横空出世。相比于Quake/IdTech系列引擎专注于处理3D图像，Unreal引擎的集成度更高，包括物理特性、动画演示、音频效果和碰撞检测等，而且Unreal引擎还支持当时CPU刚刚集成的SIMD（单指令多数据）指令。在微软的DX规范占据主流之后，Unreal引擎很快也支持DX，得益于逼真的画面和DX规范的通用性，当时众多经典大作都使用了Unreal引擎进行制作，包括《荒野大镖客》、《彩虹六号：雅典娜之剑》等。
-年:商用与自研并存，引擎厂商百舸争流。年，Epic推出Unreal3，从此确立其引擎技术第一梯队的地位。Unreal3支持64位HDRR高精度动态渲染、多种类光照和高级动态阴影特效，还包括许多第三方游戏技术，包括PhysX物理引擎、SpeedTree植被引擎等，势头直追Quake/IdTech系列引擎。年，CryTech推出CryEngine，凭借《孤岛惊*》一战成名。年推出的CryENGINE2更是缔造了DX10时代的画质最强音，并保持至今，即著名的显卡危机——《Crysis》（孤岛危机）。
年，Unity推出面向MAC系统的Unity引擎，此时该引擎并没有引起市场的过多