Motor de juego

Un motor de juego es un marco de software diseñado principalmente para el desarrollo de videojuegos , que puede incluir bibliotecas y paquetes de software especializados, como editores de niveles . ^{[ 1 ]} El término "motor" es un análogo directo de " motor de software ", y se emplea en diversos sectores de la industria del software .

Además, el término "motor de juego" también puede referirse al entorno de desarrollo integrado como una interfaz detrás del marco de trabajo dado, típicamente un conjunto de herramientas y características de desarrollo visual para desarrollar videojuegos. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

Los desarrolladores de juegos pueden usar motores de juego para crear y publicar videojuegos en diversas plataformas, como computadoras de escritorio , dispositivos móviles , consolas de videojuegos y otros tipos de computadoras . Las funcionalidades principales que suele cubrir un motor de juego son un renderizador 2D o 3D , un motor de física , un motor de audio , scripting , animación , inteligencia artificial , redes , streaming, gestión de memoria , subprocesos , soporte de localización , grafo de escena y cinemáticas . Los desarrolladores de motores de juego a menudo economizan el desarrollo de juegos mediante la reutilización o adaptación de abstracciones integradas en los motores de juego para la producción de varios juegos, ^{[ 4 ]} o mediante la portabilidad de videojuegos de una plataforma a otras plataformas de destino.

En muchos casos, los motores de juegos proporcionan un conjunto de herramientas de desarrollo visual , además de componentes de software reutilizables. Estas herramientas suelen estar integradas en un entorno de desarrollo integrado para facilitar el desarrollo rápido y simplificado de juegos, basado en datos . Los desarrolladores de motores de juegos a menudo intentan anticiparse a las necesidades de los implementadores mediante el desarrollo de conjuntos de software robustos , que incluyen muchos de los elementos que un desarrollador de juegos puede necesitar para crear un juego. La mayoría de estos conjuntos de motores de juegos ofrecen funcionalidades que facilitan el desarrollo, como gráficos, sonido, física y funciones de inteligencia artificial (IA). A estos motores de juegos a veces se les denomina " middleware " porque, al igual que en el ámbito empresarial, proporcionan una plataforma de software flexible y reutilizable que ofrece toda la funcionalidad básica necesaria, lista para usar , para desarrollar una aplicación de juego, reduciendo así los costes, la complejidad y el tiempo de comercialización, factores críticos en la altamente competitiva industria de los videojuegos. ^{[ 5 ]}

Al igual que otros tipos de middleware, los motores de juegos suelen proporcionar abstracción de plataforma , lo que permite que el mismo juego se ejecute en diversas plataformas (incluidas consolas de videojuegos y ordenadores personales) con pocos o ningún cambio en el código fuente del juego . A menudo, los programadores diseñan motores de juegos con una arquitectura basada en componentes que permite reemplazar o ampliar sistemas específicos del motor con componentes de middleware de juegos más especializados (y a menudo más caros). Algunos motores de juegos constan de una serie de componentes de middleware de juegos débilmente conectados que se pueden combinar selectivamente para crear un motor personalizado, en lugar del enfoque más común de extender o personalizar un producto integrado flexible. Independientemente de cómo se logre, la extensibilidad sigue siendo una alta prioridad para los motores de juegos debido a la amplia variedad de usos para los que se aplican. A pesar de la especificidad del nombre "motor de juegos", los usuarios finales a menudo reutilizan los motores de juegos para otros tipos de aplicaciones interactivas con requisitos gráficos en tiempo real , como demostraciones de marketing , visualizaciones arquitectónicas , simulaciones de entrenamiento y entornos de modelado . ^{[ 6 ]}

Algunos motores de juego solo proporcionan capacidades de renderizado 3D en tiempo real en lugar de la amplia gama de funcionalidades que necesitan los juegos. Estos motores dependen del desarrollador del juego para implementar el resto de esta funcionalidad o para ensamblarla a partir de otros componentes de middleware del juego. Este tipo de motores generalmente se denominan "motor gráfico", "motor de renderizado" o "motor 3D" en lugar del término general "motor de juego". Esta terminología se usa de forma inconsistente, ya que muchos motores de juego 3D con todas las funciones se denominan simplemente "motores 3D". Ejemplos de motores gráficos incluyen: Crystal Space , Genesis3D , Irrlicht , OGRE , RealmForge, Truevision3D y Vision Engine . Los motores de juego o gráficos modernos generalmente proporcionan un grafo de escena , una representación orientada a objetos del mundo del juego 3D que a menudo simplifica el diseño del juego y se puede utilizar para un renderizado más eficiente de vastos mundos virtuales. ^{[ 7 ]} La mayoría de los motores de juego o motores gráficos utilizan una API gráfica , que facilita la comunicación con la GPU . Pero los juegos más antiguos no contaban con aceleración por hardware ni GPU y tenían que desarrollar su propio motor de renderizado por software.

Con el paso del tiempo, los componentes de un motor pueden quedar obsoletos o resultar insuficientes para los requisitos de un proyecto determinado . Dado que la complejidad de programar un motor completamente nuevo puede ocasionar retrasos indeseados (o incluso obligar a reiniciar el proyecto desde el principio), un equipo de desarrollo de motores puede optar por actualizar su motor actual con funcionalidades o componentes más modernos.

Los motores de juegos no se limitan al ámbito de los videojuegos, sino que también se utilizan en otros campos científicos. Esto se debe, en parte, a que están optimizados para equipos informáticos de consumo en lugar de para computación de alto rendimiento, lo que permite a los investigadores desarrollar programas para su uso en máquinas de menor coste. Además, los motores de juegos simplifican muchas de las operaciones informáticas necesarias para el software científico, como los gráficos, las redes y la interactividad, reduciendo así la necesidad de desarrollar estas funcionalidades por cuenta propia. ^{[ 8 ]}

Antes de la llegada de los motores de juego, estos se escribían típicamente como entidades individuales: un juego para la Atari 2600 , por ejemplo, debía diseñarse desde cero para aprovechar al máximo el hardware de visualización; esta rutina central de visualización ahora se denomina núcleo por los desarrolladores de juegos para sistemas más antiguos. Otras plataformas ofrecían mayor flexibilidad, pero incluso cuando la visualización no era un problema, las limitaciones de memoria solían frustrar los intentos de crear el diseño con gran cantidad de datos que requiere un motor. Incluso en plataformas más flexibles, se podía reutilizar muy poco código entre juegos. El rápido avance del hardware arcade —que representaba la vanguardia del mercado en aquel momento— implicaba que la mayor parte del código tendría que desecharse posteriormente, ya que las generaciones posteriores de juegos utilizarían diseños completamente diferentes que aprovechaban los recursos adicionales. Por lo tanto, la mayoría de los diseños de juegos durante la década de 1980 se basaban en un conjunto de reglas predefinidas con un número reducido de niveles y datos gráficos. Desde la época dorada de los videojuegos arcade , se hizo común que las compañías de videojuegos desarrollaran motores de juego propios para su uso con software de primera mano.

Un ejemplo notable de un motor de juego propio en consolas domésticas a mediados de la década de 1980 fue el motor de desplazamiento lateral fluido desarrollado por el equipo de Shigeru Miyamoto en Nintendo para la Nintendo Entertainment System (NES). El motor que habían desarrollado para el juego de carreras de desplazamiento lateral Excitebike (1984) se empleó posteriormente para el juego de plataformas de desplazamiento Super Mario Bros. (1985). Esto permitió a Mario acelerar suavemente de caminar a correr, en lugar de moverse a una velocidad constante como en los juegos de plataformas anteriores. ^{[ 9 ]}

Aunque los motores de juegos de terceros no eran comunes hasta el auge de los gráficos por computadora 3D en la década de 1990, en la década de 1980 se produjeron varios sistemas de creación de juegos 2D para el desarrollo independiente de videojuegos . Estos incluyen Pinball Construction Set (1983), War Game Construction Kit de ASCII (1983), ^{[ 10 ]} Thunder Force Construction (1984), ^{[ 11 ]} Adventure Construction Set (1984), GameMaker de Garry Kitchen (1985), Wargame Construction Set (1986), Shoot-'Em-Up Construction Kit (1987), Arcade Game Construction Kit (1988) y, el más popular, los motores RPG Maker de ASCII desde 1998 en adelante. Klik & Play (1994) es otra oferta clásica que todavía está disponible. ^{[ 12 ]}

El término motor de juego surgió a mediados de la década de 1990, particularmente con el auge de los juegos en 3D como los juegos de disparos en primera persona , que a menudo incluían un motor dedicado para este género . Por ejemplo, Epic Games, fundada por Tim Sweeney , lanzó su Unreal Engine en 1998. ^{[ 13 ]}

Tal fue la popularidad de los juegos Doom y Quake de Id Software : en lugar de crearlos desde cero, sus desarrolladores licenciaron las partes principales del software y diseñaron sus propios gráficos, personajes, armas y niveles ; estos eran el "contenido del juego" o "recursos del juego". La separación de las reglas y los datos específicos del juego de conceptos básicos como la detección de colisiones y las entidades del juego permitió que los equipos crecieran y se especializaran. ^{[ 12 ]}

Juegos posteriores, como Quake III Arena de id Software y Unreal (1998) de Epic Games , se diseñaron con este enfoque en mente, con el motor y el contenido desarrollados por separado. La práctica de licenciar dicha tecnología ha demostrado ser una fuente de ingresos auxiliar útil para algunos desarrolladores de juegos, ya que una sola licencia para un motor de juego comercial de alta gama puede oscilar entre 10 000 y millones de dólares, y el número de licenciatarios puede llegar a varias docenas de empresas, como se vio con Unreal Engine . Como mínimo, los motores reutilizables hacen que el desarrollo de secuelas de juegos sea más rápido y sencillo, lo que supone una valiosa ventaja en la competitiva industria de los videojuegos. Si bien existió una fuerte rivalidad entre Epic Games e id Software alrededor del año 2000, Unreal Engine de Epic Games se ha vuelto mucho más popular que id Tech 4 y su sucesor, id Tech 5. ^{[ 14 ]}

Los motores de juego modernos son algunas de las aplicaciones más complejas jamás escritas, y a menudo incluyen docenas de sistemas finamente ajustados que interactúan para garantizar una experiencia de usuario controlada con precisión. La continua evolución de los motores de juego ha creado una marcada separación entre renderizado, programación, diseño artístico y diseño de niveles . Por ello, ahora es común, por ejemplo, que un equipo típico de desarrollo de videojuegos tenga varias veces más artistas que programadores. ^{[ 15 ]}

Si bien los motores de juego de terceros se utilizan principalmente en el desarrollo de juegos de disparos en primera persona, también se emplean en otros géneros. Por ejemplo, Gamebryo se usa en The Elder Scrolls III: Morrowind y Dark Age of Camelot , mientras que Unreal Engine 2 se usa en Lineage II . Los motores de juego también se utilizan en juegos desarrollados originalmente para consolas domésticas, como por ejemplo RenderWare para las franquicias Grand Theft Auto y Burnout .

Debido a los modernos sistemas multinúcleo y a las crecientes exigencias de realismo, el uso de subprocesos se ha vuelto fundamental. Los subprocesos de ejecución independientes dentro de un motor de juego gestionan operaciones intensivas, como el renderizado, la transmisión de recursos, la reproducción de audio y la simulación de la física. Los juegos de carreras han sido pioneros en el uso de subprocesos, con el motor de física ejecutándose en un subproceso independiente mucho antes de que se trasladaran otros subsistemas principales, en parte porque el renderizado y las tareas relacionadas solo necesitan actualizarse a 30-60  Hz. Por ejemplo, en PlayStation 3, la física de Need for Speed ​​se ejecutaba a 100  Hz, frente a los 360 Hz de Forza Motorsport 2  .

Aunque el término se utilizó por primera vez en la década de 1990, pocos sistemas anteriores de la década de 1980 se consideran motores de juego, como los sistemas Adventure Game Interpreter (AGI) y SCI de Sierra, el sistema SCUMM de LucasArts y el motor Freescape de Incentive Software (en 1986 ^{[ 16 ]} ). A diferencia de la mayoría de los motores de juego modernos, estos motores de juego nunca se utilizaron en ningún producto de terceros (excepto el sistema SCUMM, que fue licenciado y utilizado por Humongous Entertainment ).

A medida que la tecnología de los motores de juegos madura y se vuelve más fácil de usar, su aplicación se ha ampliado. Ahora se utilizan para juegos serios : visualización, entrenamiento, aplicaciones de simulación médica y militar , siendo CryEngine un ejemplo. ^{[ 17 ]} Para mejorar la accesibilidad, los motores de juegos también se dirigen ahora a nuevas plataformas de hardware, incluidos teléfonos móviles (por ejemplo , Android , iPhone ) y navegadores web . (por ejemplo, WebGL , Shockwave , Flash , WebVision de Trinigy , Silverlight , Unity Web Player , O3D y DHTML puro ). ^{[ 18 ]}

Además, cada vez se construyen más motores de juegos sobre lenguajes de alto nivel , como Java , C# y .NET (por ejemplo, TorqueX y Visual3D.NET ), Python ( Panda3D ) o Lua Script (Leadwerks). Dado que la mayoría de los juegos con gran riqueza 3D ahora están limitados principalmente por la potencia de una tarjeta gráfica, la posible ralentización debida a la sobrecarga de traducción de los lenguajes de alto nivel se vuelve insignificante, mientras que las ganancias de productividad que ofrecen estos lenguajes benefician a los desarrolladores de motores de juegos. ^{[ 19 ]} Estas tendencias recientes están siendo impulsadas por empresas como Microsoft para apoyar el desarrollo de juegos independientes . Microsoft desarrolló XNA como el kit de desarrollo de software (SDK) principal para todos los videojuegos lanzados en Xbox y sus productos relacionados. Esto incluye el canal Xbox Live Indie Games ^{[ 20 ]} diseñado específicamente para desarrolladores más pequeños que no cuentan con los amplios recursos necesarios para empaquetar juegos para su venta en tiendas. Cada vez es más fácil y económico desarrollar motores de juegos para plataformas que admiten marcos administrados . ^{[ 21 ]}

Los productores de motores de juegos deciden cómo permiten a los usuarios usar sus productos. Así como los videojuegos son una industria , también lo son los motores sobre los que se construyen. Los principales motores de juegos tienen precios variables, ya sea en forma de tarifas de suscripción o pagos de licencia. ^{[ 22 ]} Unity y Unreal Engine son actualmente las dos opciones más populares para los desarrolladores de juegos. ^{[ 23 ]} Aunque las diferencias entre los distintos motores de juegos se difuminan a medida que construyen sus propias herramientas sobre ellos, algunos desarrolladores de juegos pueden estar demasiado acostumbrados a un sistema como para cambiar, o sentirse atraídos por los enormes beneficios de dichos motores independientemente de las barreras de pago.

Los motores gratuitos y de código abierto como Godot han experimentado un aumento de popularidad, particularmente después de la controversia sobre el precio de Unity en 2023, que llevó a los desarrolladores y estudios de juegos a buscar motores con una licencia permisiva. ^{[ 24 ]}

En un sentido más amplio, los motores de juego pueden describirse como middleware. Sin embargo, en los videojuegos, el término middleware suele referirse a subsistemas de funcionalidad dentro del motor. Algunos middlewares para juegos realizan una única función, pero la ejecutan de forma más eficaz y eficiente que los middlewares de propósito general.

Los cuatro paquetes de middleware más utilizados ^{[ 25 ]} que proporcionan subsistemas de funcionalidad incluyen Bink de RAD Game Tools , Firelight FMOD , Havok y Scaleform GFx. RAD Game Tools desarrolla Bink para renderizado de vídeo básico, junto con el audio Miles y el renderizado 3D Granny . Firelight FMOD es una biblioteca y conjunto de herramientas de audio robusta y de bajo coste. Havok proporciona un sistema de simulación física robusto, junto con un conjunto de aplicaciones de animación y comportamiento. Scaleform proporciona GFx para una interfaz de usuario Flash de alto rendimiento y reproducción de vídeo de alta calidad, y un complemento de editor de métodos de entrada (IME) para soporte de chat asiático en el juego.

Se utilizan otros programas intermedios para la optimización del rendimiento; por ejemplo, Simplygon ayuda a optimizar y generar mallas con diferentes niveles de detalle , y Umbra añade optimizaciones de eliminación de oclusión a los gráficos 3D.

Algunos programas de middleware contienen el código fuente completo [ 6 ^{] o se} proporciona una referencia API para una biblioteca binaria compilada . Algunos programas de middleware pueden licenciarse de ambas maneras, generalmente con un precio más elevado para el código fuente completo.

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