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Unity下一轮最大的变革-Entity Component S

2018-05-22  本文已影响79人  Angeladaddy
ECS+jobs实现的酷炫效果

新一代Entity Component System（ECS）将会彻底改变Unity的底层概念（GameObject-Component 系统）和现有工作方式。MonoBehavious、Update、GameObject....这些概念已经过时了！

1. 什么是ECS？

ECS，中文：实体-组件系统。并不是什么新鲜玩意，它是在游戏架构中广泛采用的一种架构。在游戏中，每个物体是一个Entity（实体），比如，敌人、子弹、车辆等。每个实体具有一个或多个组件，赋予这个实体不同的行为或功能。所以，一个实体的行为可以在游戏运行时通过加减组件进行改变。ECS经常和数据驱动模式一起使用。 wiki链接

从上面介绍可以看到，Unity中的GameObject好像扮演着实体的角色，但，它不够纯粹！

struct MyComponent: IComponentData
{}

和旧的组件系统不同的是，IComponentData只存储数据，可随时添加到Entity或者移去。

2.为什么要引入 ECS

传统的 GameObject/MonoBehaviour 系统七宗罪：（深有体会）

Entity-component-system的出现，就是解决这些问题：

3. Hello world

说了半天，我到底怎么用ECS？
unity世界的helloworld莫过于沿着y轴旋转一个方块，先来看看我们的老朋友MonoBehavior ：

using UnityEngine;

class Rotator : MonoBehaviour
{
    void Update()
    {
        transform.rotation *= Quaternion.AngleAxis(Time.deltaTime * speed, Vector3.up);
    }
}

多么熟悉的代码啊！伴随了我们将近10年的时间，一想到就要老去，竟然有些伤感...
伤感归伤感，但是上面的代码，一直就有巨大的问题，十几年来我们只不过视而不见罢了。
我们在unity中新建一个脚本，要挂在GameObject上，就必须继承MonoBehaviour，而MonoBehaviour 本身就继承自很多父类，父类中定义的很多字段、属性，在我们的小脚本中根本用不到，可还是不得不继承。白白的浪费了内存。

下面我们来试试ECS：

  1. 目前ECS尚处于开发阶段，我们需要以下前提条件才能开启：
    • Unity2018.1版本以上

    • Build Settings - Player Settings ，设置c# runtime：


      image.png
    • 打开项目目录下packages/ manifest.json 文件，加入以下内容：
{
    "dependencies": {
        "com.unity.entities":"0.0.11"
    },
    "testables": [
        "com.unity.collections",
        "com.unity.entities",
        "com.unity.jobs"
    ],
    "registry": "https://staging-packages.unity.com"
}
  1. 场景中建立一个cube，新建Rotator.cs脚本，并拖给cube：
public class Rotator : MonoBehaviour {
        //是的，没看错，只有数据
     public float speed;
}
  1. 新建RotatorSystem.cs脚本：
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using Unity.Entities;
using UnityEngine;

/// <summary>
/// ComponentSystem管理游戏逻辑（类比以前的MonoBehavior）
/// 该类只有一个OnUpdate方法需要复写
/// </summary>
class RotatorSystem : ComponentSystem
{
    /// <summary>
    /// 简单的Group结构体，规定Entity必须包含哪些ComponentData
    /// </summary>
    struct Group
    {
        public Transform transform;
        public Rotator rotator;
    }
    protected override void OnUpdate()
    {
        //遍历场景中同时包含transform和Rotator的Entity，执行操作
        foreach (var item in GetEntities<Group>())
        {
            item.transform.rotation *= Quaternion.AngleAxis(item.rotator.speed * Time.deltaTime, Vector3.up);
        }
    }
}

这个脚本不用拖拽给任何场景中的物体，运行时它会自动遍历场景中符合条件的Entity。
但此时执行游戏，不会有任何变化，下一步，需要在cube上再挂一个GameObjectEntity组件，告诉ComponentSystem这是一个GameObject类型的实体。

ECS ships with the GameObjectEntity component. On OnEnable, the GameObjectEntity component creates an entity with all components on the GameObject. As a result the full GameObject and all its components are now iterable by ComponentSystems.

Thus for the time being you must add a GameObjectEntity component on each GameObject that you want to be visible / iterable from the ComponentSystem.

运行游戏，voila！cube开始旋转。

4. 好吧，看起来很炫，但这对我的游戏开发有什么意义？

仔细想想：切换到ECS，我们需要做的只是：从MonoBehavior中把逻辑剥离出来放到ComponentSystem的OnUpdate里。实际上，以上有关ECS的代码示例只是‘Hybird’模式，对于大量已经开发的工程，这是一种无痛解决方案。unity这次的变化太大了，所以必须要有这么一种过渡阶段。

那这样做有什么好处吗？

ok，那在Hybird模式下使用ECS有什么损失呢？

SIMD，Single instruction, multiple data，计算机在多核处理器上同时进行同种运算的能力。数据处理是并行的，但不是并发的。也就是，CPU单进程的并发计算。

5. 纯ECS解决方式：

欢迎进入Unity的未来：ECS+IComponentData+c# jobs

让我们再次转动这个cube：

  1. 场景中再建一个cube，写以下代码：
using System;
using Unity.Entities;

/// <summary>
/// 一个简单的结构体（ComponentData）
/// </summary>
[Serializable]
public struct RotationSpeed : IComponentData
{
    public float value;
}

可以看到，和我们一开始说的一样，这就是一个继承自IComponentData的简单结构体，对应过去的Component，此结构体可以从Entity上增加、删除。
但此时直接拖拽给新的cube，提示不能添加：


image.png

...没继承MonoBehavior当然不能添加。
加入一行代码就可以了：

using System;
using Unity.Entities;

/// <summary>
/// 一个简单的结构体（ComponentData）
/// </summary>
[Serializable]
public struct RotationSpeed : IComponentData
{
    public float value;
}

/// <summary>
/// 现阶段这个wrapper是为了能够把IComponentData添加给GameObject，
/// 将来会被移去
/// </summary>
public class RotationSpeedComponent : ComponentDataWrapper<RotationSpeed> { }
image.png

再写一个RotationSpeedSystem，此脚本不用赋给任何物体。

using Unity.Collections;
using Unity.Entities;
using Unity.Jobs;//c# jobs
using Unity.Mathematics;//新的命名空间
using Unity.Transforms;//新的命名空间
using UnityEngine;

public class RotationSpeedSystem : JobComponentSystem
{
    /// <summary>
    /// 使用IJobProcessComponentData遍历符合条件的所有Entity。
    /// 此过程是单进程的并行计算（SIMD）
    /// IJobProcessComponentData 是遍历entity的简便方法，并且也比IJobParallelFor更高效
    /// </summary>
    [ComputeJobOptimization]
    struct RotationSpeedRotation : IJobProcessComponentData<Rotation, RotationSpeed>
    {
        /// <summary>
        /// deltaTime
        /// </summary>
        public float dt;
        /// <summary>
        /// 实现接口，在Excute中实现旋转
        /// </summary>
         public void Execute(ref Rotation rotation, ref RotationSpeed speed)
        {
            //读取speed，进行运算后，赋值给rotation
            rotation.Value = math.mul(math.normalize(rotation.Value), math.axisAngle(math.up(), speed.value * dt));
        }
    }

    /// <summary>
    /// 我们在这里，只需要声明我们将要用到那些job
    /// JobComponentSystem 携带以前定义的所有job
    /// 最后别忘了返回jobs，因为别的job system 可能还要用
    /// 完全独立于主进程，没有等待时间！
    /// </summary>
    protected override JobHandle OnUpdate(JobHandle inputDeps)
    {
        var job = new RotationSpeedRotation() { dt = Time.deltaTime };
        return job.Schedule(this, 64, inputDeps);
    }
}

cube 又转了。

本系列文章99.9%的内容来自于官方github文档，其余为原创

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