unity ECS简介

Posted 2023-04-05 老白游戏开发

什么是Unity ECS

Unity ECS是Unity引擎中的一种高性能游戏开发架构，它采用了基于数据的设计思路，与传统的面向对象编程不同。它的目标是提高游戏的性能和可伸缩性。

Unity ECS通过实体（Entity）、组件（Component）和系统（System）这三个概念来描述游戏对象。实体是游戏对象的标识符，组件是游戏对象的属性，系统是对实体和组件的操作。

Unity ECS与传统的面向对象编程不同，主要体现在以下方面：

• 面向数据：ECS是一种基于数据的编程模型，它着重于描述游戏对象的属性和行为，而不是游戏对象本身。这使得ECS能够更加高效地处理大量的游戏对象。

• 任务并行：ECS使用任务并行技术，使得游戏的逻辑可以在多个CPU核心上并行执行，从而提高了游戏的性能。

• 内存布局：ECS使用紧凑的内存布局，使得游戏对象的数据可以更快地被访问，从而提高了游戏的性能。

实体（Entity）

实体是Unity ECS中的基本概念，它是游戏对象的标识符。在Unity ECS中，实体通常只包含一个ID，用于标识游戏对象。实体本身并不包含任何数据，而是由组件来描述游戏对象的属性。

在代码中，可以通过以下方式创建实体：

Entity entity = entityManager.CreateEntity()

其中，entityManager是实体管理器，用于创建、管理和销毁实体。创建实体后，可以通过实体管理器给实体添加组件。

组件（Component）

组件是Unity ECS中描述游戏对象属性的基本单元，每个组件只描述一个属性。例如，一个游戏对象可能包含位置、旋转、缩放等多个属性，每个属性对应一个组件。组件通常包含一个结构体，用于描述属性。

在代码中，可以通过以下方式添加组件：

entityManager.AddComponentData(entity, new Position  Value = new float3(0, 0, 0) );

其中，entityManager是实体管理器，entity是要添加组件的实体，Position是组件类型，new Position Value = new float3(0, 0, 0) 是组件的值。可以给实体添加多个组件，每个组件对应一个类型。

系统（System）

系统是Unity ECS中描述游戏对象行为的基本单元，每个系统只描述一个行为。系统负责对实体和组件进行操作，例如更新位置、

下面我会给出一个完整的Unity ECS代码示例，包括Entity、Component和System三个部分。

首先是Entity部分，我们需要创建一个Entity实体，并添加需要的组件。

using Unity.Entities;

public class CreateEntityExample : MonoBehaviour

    void Start()
    
        EntityManager entityManager = World.DefaultGameObjectInjectionWorld.EntityManager;

        Entity entity = entityManager.CreateEntity();

        // 添加Position组件
        entityManager.AddComponentData(entity, new Position  Value = new float3(0, 0, 0) );

        // 添加MoveSpeed组件
        entityManager.AddComponentData(entity, new MoveSpeed  Value = 1.0f );
    

在这个示例中，我们使用 EntityManager 类创建了一个实体，并添加了 Position 和 MoveSpeed 组件。Position 组件表示实体的位置，MoveSpeed 组件表示实体的移动速度。

接下来是Component部分，我们需要定义组件数据结构。

using Unity.Entities;

public struct Position : IComponentData

    public float3 Value;


public struct MoveSpeed : IComponentData

    public float Value;

在这个示例中，我们定义了 Position 和 MoveSpeed 两个组件，它们都继承自 IComponentData 接口，表示它们是纯数据类型的组件。

最后是System部分，我们需要创建一个系统，并在其中更新实体的位置。

using Unity.Entities;
using Unity.Transforms;
using Unity.Mathematics;

public class MovementSystem : SystemBase

    protected override void OnUpdate()
    
        float deltaTime = Time.DeltaTime;

        Entities.ForEach((ref Translation translation, in MoveSpeed moveSpeed) =>
        
            float3 position = translation.Value;
            position.x += moveSpeed.Value * deltaTime;
            translation.Value = position;
        ).ScheduleParallel();
    

DOTS简介

1.1 Unity DOTS

Unity DOTS是Unity官方基于ECS架构开发的一套包含Burst Complier技术和JobSystem技术面向数据的技术栈，它旨在充分利用SIMD，多线程操作充分发挥ECS的优势。

1.2 什么是ECS

ECS即实体（Entity），组件（Component），系统（System）。

• Entities：实体，这里只是一个索引，目的是给数据打包贴标签，用于区分数据。

• Components：组件，存储实体相关的数据，并处理自身的逻辑。

• System：将数据从当前状态转换到下一个状态的逻辑实现。

1.3 JobSystem

JobSystem是对多线程的封装，它让我们更方便的写出多线程并行处理的代码。

原理：在每个CPU核心上维护一个工作线程，避免线程切换。使用时需要创建Job然后将Job放入作业队列中，并设置依赖关系，JobSystem会避免出现争抢CPU资源的问题。

1.4 Burst编译器

Burst是使用LLVM从IL/.NET字节码转换为高度优化的本机代码的编译器。

1.5 DOTS优势

1. 避免数据冗余：举个例子就是传统模式下我们操作Unity对象的Position属性，他会把GameObject所有相关数据都加入缓存，浪费了宝贵的缓存空间。 而如果在ECS模式下，将只会把Position属性集放入内存，节省了缓存空间。

2. 多线程处理

3. 编译优化

1.6 安装

目前还是preview版本

unity2019版本的安装

打开Package Manager，Advanced勾选Show preview packages

安装Enities、Hybrid Renderer

Hybrid Renderer：它为现有的渲染器提供渲染对象所需的实例数据。为了将场景中的游戏对象转换为实体，转换系统将在每个游戏实体上查找 MeshRenderer 和 MeshFilter 组件，然后将它们转换为实体上的 RenderMesh 组件

unity2020及以上版本

从2020版开始，移除了不适用于product的preview包，需要手动添加。

Edit->Project Settings->Package Manager，勾选Enable Preview Packages

Window->Package Manager打开包管理器，点击左上角"+"，点击Add package from git URL，输入com.unity.entities添加

1.7 简单示例

开发环境：unity2019.4

步骤一：

创建Component脚本

//引用类型改为值类型class->struct; 继承自IComponentData
public struct PrintComponentData : IComponentData
{
    public float printData;
}

步骤二：

创建System脚本

//继承ComponentSystem,实现OnUpdate方法
public class PrintSystem : ComponentSystem
{
    protected override void OnUpdate()
    {
        Entities.ForEach((ref PrintComponentData pcd) =>
        {
            Debug.Log(pcd.printData);
        });
    }
}

步骤三

创建Entity：场景中新建GameObject，挂载ConvertToEntity脚本

步骤四

将实体与组件关联：

创建PrintMono脚本

//继承自IConvertGameObjectToEntity,实现Convert方法：将实体与组件关联
//同样要实现MonoBehaviour并挂载到实体上，此处printData可在编辑器下修改数据，并透传给组件
public class PrintMono : MonoBehaviour, IConvertGameObjectToEntity
{
    public float printData;
    public void Convert(Entity entity, EntityManager dstManager, GameObjectConversionSystem conversionSystem)
    {
        dstManager.AddComponentData(entity, new PrintComponentData(){ printData =  printData });
    }
}

将PrintMono挂载到第三步的GameObject上

运行查看效果：每帧打印一次printData

 源代码

 密码: sh4r