一人称視点シューティングエンジン

一人称シューティング エンジンは、一人称シューティングビデオ ゲームで使用する3D環境のシミュレーションに特化したビデオ ゲーム エンジンです。一人称とは、プレイヤーが自分のキャラクターの目から世界を見る視点を指します。シューティングとは、主に銃器を振り回してゲーム世界の他のエンティティ (ノン プレイヤー キャラクターまたは他のプレイヤー) を殺すことを中心に展開するゲームを指します。

FPS グラフィック エンジンの開発は、いくつかのブレークスルーを伴い、着実に技術が向上していることが特徴です。明確な世代を定義しようとすると、何が「古いエンジン」の大幅に変更されたバージョンであり、何が新しいエンジンであるかという恣意的な選択につながります。

ゲーム エンジンは新旧の技術を融合しているため、分類は複雑です。ある年、新しいゲームで先進的とみなされた機能が、翌年には標準として期待されるようになります。古い機能と新しい機能の両方を組み合わせたゲームが標準です。たとえば、Jurassic Park: Trespasser (1998) は FPS ジャンルに物理学を導入しましたが、これは 2002 年頃まで一般的ではありませんでした。Red Faction (2001)は破壊可能な環境を特徴としていましたが、これは数年後のエンジンではまだ一般的ではありませんでした。

この初期世代の FPS のゲーム レンダリングは、すでに一人称視点で、物を撃つ必要がありましたが、ほとんどがベクター グラフィックスを使用して作成されていました。

最初の FPS の候補として、Maze WarとSpasimの 2 つが挙げられます。^[1] Maze Warは 1973 年に開発され、固定視点でレンダリングされた迷路状の廊下を 1 人のプレイヤーが進んでいくゲームでした。プレイヤーが互いに撃ち合うマルチプレイヤー機能は後から追加され、1974 年にネットワーク化されました。Spasimは1974 年に最初に開発され、プレイヤーがワイヤーフレームの 3D 宇宙を進んでいくゲームでした。SpasimはPLATOネットワークで最大 32 人のプレイヤーがプレイできました。^[2]

インセンティブソフトウェアが社内で開発したフリースケープエンジンは、コンピュータゲームに使用された最初の独自の3Dエンジンの1つと考えられていますが、このエンジンはインセンティブ自身のタイトル以外では商業的に使用されていません。このエンジンを使用した最初のゲームは、1987年のパズルゲーム 「ドリラー」^{でした。 [3]}

この世代のゲームは名前に「3D」が含まれていることが多かったが、完全な 3D レンダリングはできなかった。代わりに、レイ キャスティング 2.5D技術を使用して、2D マップから一見 3D の環境を作成し、3D モデルの代わりにフラットスプライトを使用して敵を描画した。また、これらのゲームでは、環境ジオメトリに単純なワイヤー フレーム モデルや単色 の代わりにテクスチャが使用されるようになった。

id SoftwareのHovertank 3Dは、1990年にこの技術を初めて採用しましたが、当時はまだテクスチャを使用していませんでした。テクスチャ機能は、その後まもなくCatacomb 3D (1991)で追加され他のいくつかのゲームで使用されるWolfenstein 3D エンジンで使用されました。Catacomb 3D は、プレイヤーキャラクターの手を画面上に表示した最初のゲームでもあり、プレイヤーがキャラクターの役割にさらに関与することを可能にしました。 ^[1]

Wolfenstein 3Dエンジンはまだ非常に原始的でした。床や天井にテクスチャが適用されず、レイ キャスティングによって壁の高さが固定され、レベルはすべて同じ平面上にありました。

まだ真の3Dを使用していなかったにもかかわらず、id Tech 1はDoom（1993）で初めて使用され、 id Softwareによって再び使用され、これらの制限を取り除きました。バイナリ空間パーティショニング（BSP）の概念も初めて導入されました。もう1つのブレークスルーは、エンジンにマルチプレイヤー機能が導入されたことです。^{[1]ただし、まだ2.5Dを使用していたため、} Doomで適切に上下を見ることは不可能であり、すべてのDoomレベルは実際には2次元でした。^{[1] [4]} Z軸がないため、エンジンでは部屋の上に部屋があるサポートができませんでした。

Doom の成功により、同じエンジンや類似の技術を使用したゲームがいくつか生まれ、Doomクローンという用語が生まれました。Duke Nukem 3D (1996)で使用されたBuild エンジンは、セクターの上にセクターを積み重ねることによって部屋の上に部屋をサポートするなど、id Tech 1 の制限の一部を後に取り除きましたが、使用された技術は同じままでした。

1990 年代半ば、ゲーム エンジンは任意のレベル ジオメトリを使用して真の3Dワールドを再現しました。エンジンはスプライトの代わりに、単純にテクスチャ化された(シングル パス テクスチャリング、照明の詳細なし)ポリゴンオブジェクトを使用しました。

フロム・ソフトウェアは1994年12月、ソニー・プレイステーション向けにフルポリゴンのフリーローミング一人称リアルタイムアクションゲーム『キングスフィールド』をリリースした。セガの32Xリリース『メタルヘッド』は、フルテクスチャマップの3Dポリゴングラフィックを使用した一人称シューティングメカシミュレーションゲームだった。^[5]その1年前、エグザクトはシャープX68000コンピュータゲーム『ジオグラフシール』をリリースした。これはプラットフォームゲームの仕組みを採用し、アクションのほとんどがウルフェンシュタイン3Dの迷路のような廊下ではなく、屋外の自由に歩き回る環境で行われる、フル3Dポリゴン一人称シューティングゲームだった。翌年、エグザクトはプレイステーションコンソール向けに後継作『ジャンピングフラッシュ! 』をリリースした。これは同じゲームエンジンを採用していたが、シューティングよりもプラットフォームに重点を置くように改良された。『ジャンピングフラッシュ!』シリーズでは同じエンジンが引き続き使用された。^{[6] [7]}

1995 年にLucasArts社から発売されたDark Forces は、最初の「真の 3D」一人称シューティング ゲームの 1 つとみなされています。そのエンジンであるJedi Engine は、3 次元環境をサポートする最初のエンジンの 1 つでした。つまり、3 つの平面すべてでエリアが隣り合って存在でき、建物の階など、重なり合うことも可能です。Dark Forcesのオブジェクトのほとんどはスプライトですが、ゲームではテクスチャ付きの 3D レンダリング オブジェクトもサポートされています。最初の真の 3D 一人称シューティング ゲームの 1 つとみなされている別のゲームは、 Parallax Software 社の 1994 年のシューティング ゲームDescentです。 ^[要出典]

Quakeエンジン（Quake 、 1996年）は、アニメーションスプライトの使用が少なく、真の3Dジオメトリとライティングを使用し、Zバッファリングなどの複雑な技術を使用してレンダリングを高速化しました。Quakeとその後のいくつかのエンジンのレベルは、ブラシと呼ばれるジオメトリオブジェクトを使用して作成されており、 Doomのように3Dで投影された2Dマップではなく、3次元でマップを構築できます。Quakeは、3D環境を前処理して事前レンダリングする特別なマップ設計システムを使用した最初の真の3Dゲームでもありました。ゲームが展開される3D環境（初めてマップと呼ばれた）は、ゲームのプレイに必要な処理を減らすために、マップの作成中に簡略化されました。

静的ライトマップと 3D 光源もレンダリング時に「ベイク処理」され、レベルを保存する BSPファイルに追加されました。これらの機能により、これまでよりもリアルな照明が可能になります。

最初のグラフィックス処理ユニット^[8]は1990年代後半に登場しましたが、当時はまだ多くのゲームがソフトウェアレンダリングをサポートしていました。id Tech 2（Quake II、1997年）は、ハードウェアアクセラレーショングラフィックスを活用した最初のゲームの1つでした^[9]（id Softwareは後にQuakeを作り直して、ゲームに OpenGLサポートを追加しました）。

GoldSrcは、 ValveがHalf-Life（1998）用にQuakeエンジンから派生したエンジンで、 Direct3Dのサポートと、NPCをより良くレンダリングするためのスケルトンフレームワークが追加されました。 ^{[10] [11]}また、Quakeエンジンと比較してNPCの人工知能（AI）が大幅に改善されました。 ^[10]

この時期には、変換、クリッピング、ライティング (T&L)を備えた最初のビデオ カードが導入されました。この革新的なテクノロジを搭載した最初のカードは、GeForce 256でした。このカードは、当時 3dfx が提供していたVoodoo3よりも優れていましたが、T&L が不足していたため、Voodoo3 は劣っていました。この時期に、MatroxのG400やS3のSavage4などの企業は、3D ゲーム市場から撤退を余儀なくされました。1 年後、 ATI は、真に競合するグラフィック カード ラインである Radeon 7200 をリリースしました。

この時期のゲームはすべて16ビットカラーをサポートしていましたが、32ビットカラー（実際には8ビットアルファチャンネルの24ビットカラー）も採用しているものが多くありました。すぐに、多くのベンチマークサイトが32ビットを標準として宣伝し始めました。発売以来多数のFPSゲームで使用されてきたUnreal Engineは、当時の重要なマイルストーンでした。^[12] OpenGLの代わりに、 3dfx GPU用に特別に開発されたGlide API ^[11]を使用していました。おそらく、その人気の最大の理由は、エンジンアーキテクチャとスクリプト言語の組み込みにより、簡単に改造できたことです。^{[13] [14]}前世代のエンジンと比較したUnrealのもう1つの改善点は、ネットワーク技術で、これにより、マルチプレイヤーでのエンジンのスケーラビリティが大幅に向上しました。^[15]

Quake III Arenaで初めて使用されたid Tech 3は、前身から改良され、より複雑で滑らかなアニメーションを保存できるようになりました。また、照明と影が改善され、シェーダーと曲面が導入されました。^[16]

新しいグラフィック ハードウェアによって新しい機能が提供され、新しいエンジンでパーティクル効果やフォグなどのさまざまな新しい効果を追加したり、テクスチャやポリゴンの詳細を増やしたりできるようになりました。多くのゲームでは、広大な屋外環境、乗り物、ラグドール フィジックスが採用されています。

平均的なビデオ ハードウェア要件: DirectX 7.0 GeForce 2やRadeon 7200などのハードウェアT&Lを備えた GPU が通常必要でした。次世代のGeForce 3やRadeon 8500 は、より効率的なアーキテクチャのため推奨されましたが、DirectX 8.0 の頂点シェーダーとピクセル シェーダーはほとんど役に立ちませんでした。RIVA TNT2やRage 128などの DirectX 6.0 チップセットとソフトウェア レンダリング (統合Intel GMAを使用) をサポートするゲームはまだいくつかありましたが、強力な CPU でもハードウェア T&L の不足を補うことはできないことは明らかでした。

Unreal Engine 2など、もともとPCプラットフォーム向けに開発されたゲーム エンジンは、グラフィックを多用するビデオ ゲームを処理できるコンピューター パワーを備えたPlayStation 2やGameCubeなどの第 6 世代コンソール向けに採用され始めました。

新世代のグラフィックス チップにより、ピクセル シェーダベースのテクスチャ、バンプ マッピング、ライティングおよびシャドウイング テクノロジが一般的になりました。シェーダ テクノロジには、HLSL ( DirectX用)、GLSL ( OpenGL用)、Cgなどがあります。

その結果、広く普及していたGeForce 2やRadeon 7200などのDirectX 7.0グラフィック チップ、 RIVA TNT2やRage 128などの DirectX 6.0 チップセット、統合オンボードグラフィック アクセラレータが廃止されました。この世代のゲームまでは、強力な CPU があれば、古いビデオ カードの代償をある程度補うことができました。平均的なビデオ ハードウェア要件: 最低でもGeForce 3またはRadeon 8500で、強く推奨されるのは GeForce FX、Radeon 9700 (またはPixel Shader 2.xをサポートするその他のカード) でした。Radeon 9700 は、当時最も新しく要求の厳しいタイトルでも、アンチエイリアシング(AA) や異方性フィルタリング(AF) が完全に使用可能なオプションになり得ることを実証し、AA と AF が標準機能として広く受け入れられるようになりました。 AA と AF は、これ以前にも多くのグラフィック チップでサポートされていましたが、パフォーマンスに大きな影響があったため、ほとんどのゲーマーはこれらの機能を有効にしないことを選択しました。

これらの新技術により、ゲームエンジンは屋内/屋外の環境をシームレスに統合し、シェーダーを使用してよりリアルなアニメーション（キャラクター、水、天候効果など）を実現し、一般的にリアリティが向上しました。CPUがすでに実行していたタスクの一部をGPUが実行し、より一般的には処理能力が向上したことにより、ゲームにリアルな物理効果を追加できるようになりました。たとえば、ほとんどのビデオゲームにHavok物理エンジンが組み込まれています。^{[17] 1998年の}「ジュラシック・パーク：トレスパッサー」では既に物理効果がビデオゲームに追加されていましたが、当時のハードウェア機能は限られており、 Havokのような物理を処理するミドルウェアがなかったため、技術的にも商業的にも失敗していました。^[18]

Doom 3（2004年）で初めて使用されたid Tech 4は、完全に動的なピクセル単位のライティングを使用していましたが、それ以前の3Dエンジンは主に、事前に計算された頂点単位のライティング、またはライトマップとグーローシェーディングに依存していました。Doom 3で使用されたシャドウボリュームアプローチは、よりリアルなライティングとシャドウを可能にしましたが、^{[19]これにはソフトシャドウをレンダリングできないという代償があり、エンジンは主に屋内で優れていました。これは後に、} id Tech 4エンジン にMegaTextureテクノロジーが導入されたことで、広大な屋外スペースでも機能するように修正されました。

同年、Valveは新しいSourceエンジンを搭載したHalf-Life 2をリリースしました。この新しいエンジンは、NPCの非常にリアルな顔のアニメーションを備えており、印象的なリップシンク技術と評されたことで注目されました。^[20]

GeForce 7やRadeon X1xxxシリーズなどの新しいグラフィック チップセットによって可能になったShader Model 3やShader Model 4などのGPUのさらなる改善により、グラフィック効果が向上しました。

この時代の 3D エンジンの開発者は、ますますフォトリアリスティックな品質になっているとよく宣伝しています。同じ頃、e スポーツが注目を集め始めていました。これらのエンジンには、定義済みの物理法則を備えたリアルなシェーダーベースのマテリアル、手続き型および頂点シェーダーベースのオブジェクト (植物、破片、本や道具などの人工物)を含む環境、手続き型アニメーション、映画のような効果 (被写界深度、モーション ブラーなど)、ハイダイナミック レンジ レンダリング、ソフト シャドウイングとボリューム ライティングを備えた統合ライティング モデルなどが含まれます。

しかし、これらの効果を実現できるエンジンのほとんどは、Unreal Engine 3、Dunia Engine、CryEngine 2、id Tech 5 （ Rageで使用され、新しい仮想テクスチャリング技術^[21]を使用している）など、前世代のエンジンの進化版です。

Unreal Engine 3 を使用した最初のゲームは2006 年 11 月にリリースされ、CryEngine 2 ( Crysis ) を使用した最初のゲームは 2007 年にリリースされました。

GeForce 400 シリーズやRadeon HD 5000 シリーズ以降の新しいグラフィック チップセットによって可能になったShader Model 5などのGPUのさらなる改善により、ダイナミックディスプレイスメント マッピングやテッセレーションなどのグラフィック効果が向上しました。

2010年の時点で、既存の主要エンジンの2つの進化版がリリースされていました。Samaritan Demo [ 22 ^{] (} Batman: Arkham City、Batman: Arkham Knight、その他のDX11ベースのUE3ゲームで使用)を動かすDirectX 11のUnreal Engine 3と、Crysis 2および3を動かすCryEngine 3です。

自社のエンジンの将来計画について議論していた企業はほとんどなかったが、id Tech 5の後継となるid Tech 6は例外だった。まだ開発の初期段階にあったこのエンジンに関する予備情報では、 id Softwareがレイトレーシングと従来のラスターグラフィックスが混在する方向に向かっていることが示されていた。 ^[23]しかし、ジョン・カーマックによると、id Tech 6に対応できるハードウェアはまだ存在していなかった。^[24]このエンジンを使用した最初のタイトルであるDoomは、2016年半ばにリリースされた。

2015年9月、ValveはDota 2のアップデートでSource 2をリリースした。^[25]

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