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# XCEngine
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基于 DirectX 12 的游戏引擎项目，支持体积渲染、跨平台渲染后端和核心模块单元测试。
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## 项目概述
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XCEngine 是一个正在开发中的游戏引擎，采用 RHI（Render Hardware Interface）抽象层设计，支持 DirectX 12 和 OpenGL 多种渲染 API。项目采用模块化设计，包含核心库、示例程序和单元测试。
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## 技术栈
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- **渲染 API**: DirectX 12, OpenGL 4.6+
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- **语言**: C++17
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- **构建系统**: CMake
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- **测试框架**: Google Test
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## 项目结构
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```
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XCEngine/
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├── engine/ # 核心引擎库
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│ ├── include/XCEngine/
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│ │ ├── Audio/ # 音频系统
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│ │ │ ├── AudioSystem.h # 音频系统主类
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│ │ │ ├── AudioTypes.h # 音频类型定义
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│ │ │ ├── AudioConfig.h # 音频配置
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│ │ │ ├── AudioMixer.h # 音频混音器
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│ │ │ ├── AudioSourceComponent.h # 音频源组件
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│ │ │ ├── AudioListenerComponent.h # 音频监听器组件
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│ │ │ ├── HRTF.h # HRTF 空间音频
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│ │ │ ├── FFTFilter.h # FFT 滤波器
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│ │ │ ├── Reverbation.h # 混响效果
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│ │ │ ├── Equalizer.h # 均衡器
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│ │ │ ├── WASAPI/ # WASAPI 后端实现
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│ │ │ └── IAudioBackend.h # 音频后端接口
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│ │ ├── Components/ # 游戏组件系统
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│ │ │ ├── Component.h # 组件基类
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│ │ │ ├── GameObject.h # 游戏对象
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│ │ │ └── TransformComponent.h # 变换组件
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│ │ ├── Containers/ # 容器模块
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│ │ │ ├── Array.h # 动态数组
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│ │ │ ├── String.h # 字符串类
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│ │ │ ├── HashMap.h # 哈希表
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│ │ │ └── Containers.h # 模块统一头文件
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│ │ ├── Core/ # 核心基础模块
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│ │ │ ├── Types.h # 基础类型别名
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│ │ │ ├── RefCounted.h # 引用计数基类
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│ │ │ ├── SmartPtr.h # 智能指针
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│ │ │ ├── Event.h # 事件系统
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│ │ │ └── FileWriter.h # 文件写入
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│ │ ├── Debug/ # 调试与日志模块
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│ │ │ ├── Logger.h # 日志系统
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│ │ │ ├── LogLevel.h # 日志级别
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│ │ │ ├── LogCategory.h # 日志分类
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│ │ │ ├── LogEntry.h # 日志条目
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│ │ │ ├── ConsoleLogSink.h # 控制台输出
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│ │ │ ├── FileLogSink.h # 文件输出
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│ │ │ ├── ILogSink.h # 日志槽接口
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│ │ │ ├── Debug.h # 调试宏
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│ │ │ └── Profiler.h # 性能分析
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│ │ ├── Math/ # 数学库
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│ │ │ ├── Vector2.h # 二维向量
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│ │ │ ├── Vector3.h # 三维向量
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│ │ │ ├── Vector4.h # 四维向量
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│ │ │ ├── Matrix3.h # 3x3 矩阵
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│ │ │ ├── Matrix4.h # 4x4 矩阵
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│ │ │ ├── Quaternion.h # 四元数
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│ │ │ ├── Transform.h # 变换
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│ │ │ ├── Color.h # 颜色
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│ │ │ ├── Rect.h # 矩形
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│ │ │ ├── Sphere.h # 球体
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│ │ │ ├── Box.h # 盒子
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│ │ │ ├── Plane.h # 平面
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│ │ │ ├── Ray.h # 射线
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│ │ │ ├── AABB.h # 轴对齐包围盒
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│ │ │ ├── Bounds.h # 包围体
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│ │ │ ├── OBB.h # 方向包围盒
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│ │ │ ├── Frustum.h # 视锥体
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│ │ │ └── Math.h # 数学库统一头文件
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│ │ ├── Memory/ # 内存管理模块
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│ │ │ ├── Allocator.h # 分配器接口
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│ │ │ ├── LinearAllocator.h # 线性分配器
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│ │ │ ├── PoolAllocator.h # 内存池分配器
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│ │ │ ├── ProxyAllocator.h # 代理分配器
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│ │ │ └── MemoryManager.h # 全局内存管理器
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│ │ ├── Threading/ # 线程模块
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│ │ │ ├── Thread.h # 线程类
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│ │ │ ├── Mutex.h # 互斥锁
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│ │ │ ├── SpinLock.h # 自旋锁
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│ │ │ ├── ReadWriteLock.h # 读写锁
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│ │ │ ├── Task.h # 任务基类
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│ │ │ ├── LambdaTask.h # Lambda 任务
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│ │ │ ├── TaskGroup.h # 任务组
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│ │ │ ├── TaskSystem.h # 任务系统
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│ │ │ └── Threading.h # 线程模块统一头文件
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│ │ ├── Resources/ # 资源管理模块
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│ │ │ ├── ResourceTypes.h # 资源类型定义
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│ │ │ ├── IResource.h # 资源接口
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│ │ │ ├── ResourceHandle.h # 资源句柄
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│ │ │ ├── ResourceManager.h # 资源管理器
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│ │ │ ├── ResourceCache.h # 资源缓存
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│ │ │ ├── ResourcePackage.h # 资源包
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│ │ │ ├── ResourceFileSystem.h # 资源文件系统
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│ │ │ ├── ResourcePath.h # 资源路径
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│ │ │ ├── FileArchive.h # 文件归档
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│ │ │ ├── DependencyGraph.h # 依赖图
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│ │ │ ├── ImportSettings.h # 导入设置基类
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│ │ │ ├── IResourceLoader.h # 资源加载器接口
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│ │ │ ├── AsyncLoader.h # 异步加载器
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│ │ │ ├── Texture.h # 纹理资源
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│ │ │ ├── TextureLoader.h # 纹理加载器
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│ │ │ ├── TextureImportSettings.h # 纹理导入设置
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│ │ │ ├── Mesh.h # 网格资源
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│ │ │ ├── MeshLoader.h # 网格加载器
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│ │ │ ├── MeshImportSettings.h # 网格导入设置
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│ │ │ ├── Shader.h # 着色器资源
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│ │ │ ├── ShaderLoader.h # 着色器加载器
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│ │ │ ├── Material.h # 材质资源
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│ │ │ ├── MaterialLoader.h # 材质加载器
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│ │ │ ├── AudioClip.h # 音频资源
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│ │ │ ├── AudioLoader.h # 音频加载器
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│ │ │ └── Resources.h # 资源模块统一头文件
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│ │ ├── Scene/ # 场景管理模块
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│ │ │ ├── Scene.h # 场景类
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│ │ │ └── SceneManager.h # 场景管理器
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│ │ └── RHI/ # 渲染硬件接口抽象层
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│ │ ├── RHITypes.h # RHI 类型定义
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│ │ ├── RHIEnums.h # RHI 枚举
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│ │ ├── RHICapabilities.h # 硬件能力查询
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│ │ ├── RHIFactory.h # 设备工厂
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│ │ ├── RHIDevice.h # 渲染设备抽象
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│ │ ├── RHICommandQueue.h # 命令队列抽象
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│ │ ├── RHICommandList.h # 命令列表抽象
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│ │ ├── RHIBuffer.h # 缓冲区抽象
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│ │ ├── RHITexture.h # 纹理抽象
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│ │ ├── RHIShader.h # 着色器抽象
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│ │ ├── RHISampler.h # 采样器抽象
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│ │ ├── RHIFence.h # 同步栅栏抽象
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│ │ ├── RHISwapChain.h # 交换链抽象
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│ │ ├── RHIPipelineState.h # 管线状态抽象
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│ │ ├── RHIPipelineLayout.h # 管线布局抽象
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│ │ ├── RHIDescriptorPool.h # 描述符池抽象
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│ │ ├── RHIDescriptor.h # 描述符抽象
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│ │ ├── OpenGL/ # OpenGL 后端实现
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│ │ │ ├── OpenGLDevice.h
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│ │ │ ├── OpenGLCommandQueue.h
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│ │ │ ├── OpenGLCommandList.h
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│ │ │ ├── OpenGLSwapChain.h
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│ │ │ ├── OpenGLPipelineState.h
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│ │ │ ├── OpenGLBuffer.h
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│ │ │ ├── OpenGLTexture.h
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│ │ │ ├── OpenGLShader.h
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│ │ │ ├── OpenGLSampler.h
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│ │ │ ├── OpenGLFence.h
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│ │ │ ├── OpenGLVertexArray.h
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│ │ │ ├── OpenGLRenderTargetView.h
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│ │ │ └── OpenGLDepthStencilView.h
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│ │ └── D3D12/ # DirectX 12 后端实现
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│ │ ├── D3D12Device.h
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│ │ ├── D3D12CommandQueue.h
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│ │ ├── D3D12CommandAllocator.h
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│ │ ├── D3D12CommandList.h
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│ │ ├── D3D12SwapChain.h
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│ │ ├── D3D12PipelineState.h
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│ │ ├── D3D12Buffer.h
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│ │ ├── D3D12Texture.h
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│ │ ├── D3D12Shader.h
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│ │ ├── D3D12Sampler.h
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│ │ ├── D3D12Fence.h
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│ │ ├── D3D12DescriptorHeap.h
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│ │ ├── D3D12RootSignature.h
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│ │ ├── D3D12RenderTargetView.h
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│ │ ├── D3D12DepthStencilView.h
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│ │ ├── D3D12ShaderResourceView.h
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│ │ ├── D3D12UnorderedAccessView.h
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│ │ ├── D3D12ConstantBufferView.h
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│ │ ├── D3D12QueryHeap.h
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│ │ ├── D3D12Screenshot.h
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│ │ ├── D3D12Types.h
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│ │ ├── D3D12Enum.h
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│ │ └── D3D12Common.h
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│ ├── src/ # 实现文件
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│ │ ├── Audio/
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│ │ ├── Containers/
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│ │ ├── Core/
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│ │ ├── Debug/
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│ │ ├── Math/
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│ │ ├── Memory/
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│ │ ├── Threading/
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│ │ ├── Resources/
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│ │ ├── Scene/
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│ │ └── RHI/
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│ └── third_party/ # 第三方库
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│ ├── kissfft/ # FFT 库
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│ └── stb/ # 图像处理库
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│
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├── tests/ # 单元测试
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│ ├── containers/ # 容器测试
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│ ├── memory/ # 内存管理测试
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│ ├── threading/ # 线程模块测试
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│ ├── core/ # 核心模块测试
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│ ├── debug/ # 调试模块测试
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│ ├── math/ # 数学库测试
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│ ├── Components/ # 组件测试
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│ ├── Scene/ # 场景测试
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│ ├── Resources/ # 资源管理测试
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│ └── RHI/ # RHI 抽象层测试
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│ ├── OpenGL/ # OpenGL 后端测试
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│ │ ├── unit/ # 单元测试 (14)
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│ │ └── integration/ # 集成测试 (5)
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│ └── D3D12/ # D3D12 后端测试
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│ ├── unit/ # 单元测试 (15)
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│ └── integration/ # 集成测试 (8)
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│
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├── mvs/ # 示例程序
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│ ├── D3D12/ # DirectX 12 渲染示例
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│ ├── OpenGL/ # OpenGL 渲染示例
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│ ├── Music fluctuations/ # 音频可视化示例
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│ ├── VolumeRenderer/ # 体积渲染器（NanoVDB）
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│ └── ui/ # 编辑器 UI 示例
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├── ui_editor/ # 编辑器 UI 应用程序
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│ ├── src/ # 编辑器源代码
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│ ├── bin/ # 资源文件
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│ └── build/ # 构建目录
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├── docs/ # 文档
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│ ├── api/ # API 文档
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│ │ ├── rhi/ # RHI API 文档
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│ │ ├── math/ # Math API 文档
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│ │ ├── containers/ # Containers API 文档
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│ │ ├── threading/ # Threading API 文档
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│ │ ├── memory/ # Memory API 文档
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│ │ ├── core/ # Core API 文档
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│ │ ├── debug/ # Debug API 文档
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│ │ ├── resources/ # Resources API 文档
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│ │ └── main.md # API 文档总索引
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│ └── plan/ # 开发计划与架构设计
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│
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├── scripts/ # 构建和测试脚本
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└── build/ # 构建目录
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```
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## 快速开始
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### 前置要求
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- Windows 10/11
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- Visual Studio 2019 或更高版本
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- CMake 3.15+
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### 构建项目
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```bash
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# 创建构建目录
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mkdir build && cd build
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# 配置 CMake
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cmake .. -A x64
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# 编译
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cmake --build . --config Debug
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```
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### 运行测试
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```bash
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cd build/tests
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ctest -C Debug --output-on-failure
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```
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或直接运行测试可执行文件：
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```bash
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build/tests/containers/Debug/xcengine_containers_tests.exe
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build/tests/memory/Debug/xcengine_memory_tests.exe
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build/tests/threading/Debug/xcengine_threading_tests.exe
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```
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## 核心模块说明
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### Audio（音频系统）
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- **AudioSystem**: 音频系统主类，管理所有音频设备
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- **HRTF**: 头部相关传输函数，支持空间音频定位
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- **FFTFilter**: 快速傅里叶变换滤波器
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- **Reverbation**: 混响效果
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- **Equalizer**: 音频均衡器
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- **WASAPI**: Windows 音频会话 API 后端实现
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- **AudioSourceComponent**: 音频源组件（用于游戏对象）
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- **AudioListenerComponent**: 音频监听器组件（用于游戏对象）
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### Components（游戏组件系统）
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- **Component**: 组件基类，提供生命周期管理
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- **GameObject**: 游戏对象，支持层级结构
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- **TransformComponent**: 变换组件，管理位置、旋转、缩放
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### Containers（容器）
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- **String**: 动态字符串类，支持常用字符串操作
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- **Array**: 模板动态数组，自动内存管理
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- **HashMap**: 模板哈希表，支持自定义键类型
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### Core（核心基础）
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- **Types**: 基础类型别名（int8、uint32 等）
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- **RefCounted**: 引用计数基类，支持多线程安全释放
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- **SmartPtr**: 智能指针实现（Ref、UniqueRef）
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- **Event**: 事件系统，支持订阅/发布模式
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- **FileWriter**: 文件写入工具
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### Debug（调试与日志）
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- **Logger**: 分级日志系统（Info、Warning、Error）
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- **ConsoleLogSink**: 控制台日志输出
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- **FileLogSink**: 文件日志输出
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- **Profiler**: 性能分析工具
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### Memory（内存管理）
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- **IAllocator**: 内存分配器接口
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- **LinearAllocator**: 线性分配器，适合帧分配
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- **PoolAllocator**: 内存池分配器，适合固定大小对象
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- **ProxyAllocator**: 代理分配器，跟踪内存使用统计
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- **MemoryManager**: 全局内存管理器
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### Threading（线程）
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- **Thread**: 线程封装类
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- **Mutex**: 互斥锁
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- **SpinLock**: 自旋锁，适合短临界区
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- **ReadWriteLock**: 读写锁
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- **TaskSystem**: 多线程任务系统
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- **Task/TaskGroup**: 任务和任务组管理
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### Math（数学库）
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- **Vector2/3/4**: 向量运算
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- **Matrix3/4**: 矩阵运算
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- **Quaternion**: 四元数
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- **Transform**: 变换（位姿）
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- **Color**: 颜色
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- **Rect**: 矩形
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- **Sphere/Box/Plane**: 基本几何体
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- **Ray**: 射线
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- **AABB/Bounds/OBB**: 包围体
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- **Frustum**: 视锥体
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### Resources（资源管理）
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- **ResourceManager**: 全局资源管理器，资源加载/卸载
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- **ResourceCache**: 资源缓存，支持引用计数
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- **ResourceHandle**: 资源句柄，安全引用资源
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- **ResourcePackage**: 资源包批量管理
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- **AsyncLoader**: 异步资源加载器
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- **ImportSettings**: 资源导入设置（纹理/网格/材质）
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- **IResourceLoader**: 资源加载器接口
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- **Texture/Mesh/Shader/Material/AudioClip**: 各类资源类型
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### Scene（场景管理）
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- **Scene**: 场景类，管理场景内的所有游戏对象
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- **SceneManager**: 场景管理器，处理场景切换
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### RHI（渲染硬件接口）
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XCEngine 采用 RHI（Render Hardware Interface）抽象层设计，支持多渲染后端。
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#### 设计原则
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- **求同存异**: 提取各 API 共同特性，统一抽象接口
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- **分层抽象**: 核心抽象层 → 后端实现层 → 平台适配层
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- **特性降级**: 后端不支持的特性优雅降级
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- **底层逃逸**: 后端特有方法通过重载暴露
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#### 抽象接口
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- **RHIDevice**: 渲染设备抽象
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- **RHICommandQueue**: 命令队列抽象
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- **RHICommandList**: 命令列表抽象
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- **RHISwapChain**: 交换链抽象
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- **RHIPipelineState**: 渲染管线状态抽象
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- **RHIBuffer/RHITexture**: 资源抽象
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||
- **RHIShader**: 着色器抽象
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- **RHISampler**: 采样器抽象
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||
- **RHIFence**: 同步栅栏抽象
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||
#### 后端实现
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- **OpenGL 后端**: OpenGL 4.6+ 支持
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- **D3D12 后端**: DirectX 12 支持
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## 测试覆盖
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| 模块 | 测试用例数 |
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|------|-----------|
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| Containers | 51+ |
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| Memory | 19 |
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| Threading | 13 |
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| Math | 5+ |
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| Components | 2+ |
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| Scene | 2+ |
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| Resources | 4+ |
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| RHI (OpenGL) | 41 (unit 14 + integration 5) |
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| RHI (D3D12) | 23 (unit 15 + integration 8) |
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## mvs 示例程序
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mvs（Multiple Version Samples）展示游戏引擎的各类功能。所有示例均基于 RHI 抽象层开发，可无缝切换 DirectX 12 或 OpenGL 后端。
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### D3D12 / OpenGL
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跨平台渲染示例，展示如何：
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- 初始化 RHI 渲染环境（支持 D3D12/OpenGL）
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- 加载和渲染静态网格
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- 纹理映射
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- 常量缓冲区更新
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### VolumeRenderer
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XCEngine 的体积渲染模块，基于 NanoVDB 实现云、烟雾等体积数据的实时渲染：
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- NanoVDB 格式体积数据加载
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- 光线步进（Ray Marching）渲染
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- HDDA 空间跳跃加速
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- 体积阴影（Volumetric Shadow）
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- 动态光照参数调节
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### Music fluctuations
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音频可视化示例，基于 FFT 实时分析音频频谱：
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- 音频播放与 FFT 分析
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- 频谱可视化渲染
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- 音频与视觉效果同步
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### UI Editor
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Unity 风格的编辑器 UI，基于 ImGui 实现：
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- 场景层级面板
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- 属性检查器
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- 游戏视图与场景视图
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- 项目资源浏览器
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- 控制台日志面板
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## 文档
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API 文档位于 `docs/api/` 目录，包含各模块的完整 API 参考。
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详细设计文档请参考 `docs/plan/` 目录。
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## 许可证
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MIT License
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