Unity DOTS 學習筆記1 - ECS 0.50介紹和安裝

為什么學習這個技術

ECS的全稱為Entity Component System，是最早由暴雪在GDC2017上提出的一個新的游戲設計框架，數(shù)據(jù)和處理上都和目前主流的面向?qū)ο驩OP有很大的差距。他是面向數(shù)據(jù)編程（DOD），他的優(yōu)點也就是缺點，不用繁雜的對象和繼承關系，不是面向?qū)ο笏枷?#xff0c;他是面向數(shù)據(jù)，以處理符合條件的數(shù)據(jù)來編程的思想，他的最大優(yōu)點就是快。
看下圖說明：來源
https://learn.unity.com/tutorial/part-1-understand-data-oriented-design?uv=2020.1&courseId=60132919edbc2a56f9d439c3#

在 OOP 中，代碼遍歷 Sphere 類數(shù)組以檢查每個類的顏色并設置綠色類的位置。雖然數(shù)組是打包的連續(xù)數(shù)據(jù)，但它只包含對 Sphere 類的引用，實際數(shù)據(jù)可能分散在整個內(nèi)存中，導致緩存未命中。在 DOD 中，球體被分解為顏色和位置組件并打包到緩沖區(qū)中，從而減少緩存未命中并加快處理速度。

下表是大概的內(nèi)存和緩存（Cache）速度對比。

ECS原理就是提高Cache命中率，把需要計算的數(shù)據(jù)全部放入Cache，減少內(nèi)存和Cache交換數(shù)據(jù)，達到速度提升。

要成功地使用 DOD，您需要忽略許多 OOP 概念，這些概念似乎絕對是編程的基本方面。忘記封裝和數(shù)據(jù)隱藏。忘記繼承和多態(tài)。在很大程度上，忘記引用類型。這些概念對你沒有幫助。

Unity ECS簡介

從ECS剛開始就開始關注這個技術了，每次版本的升級，總是有代碼的變動，要修改很多代碼，間斷的學習，總是會忘記很多，所以才有了這個學習筆記，也算是一種記錄吧。ECS整體版本現(xiàn)在已經(jīng)到了0.50.0版本了，所以后面我們的筆記都是基于這個版本。

ECS全稱是 Unity’s Entity Component System (ECS). 也是 Unity Data-Oriented Tech Stack（DOTS）面向數(shù)據(jù)棧編程的核心。

Entities 實體：填充您的游戲或程序的實體或事物。可以理解為承載Component的載體。

Components 組件：與您的實體相關聯(lián)的數(shù)據(jù)，但由數(shù)據(jù)本身而非實體組織。這種組織上的差異是面向?qū)ο笤O計和面向數(shù)據(jù)設計之間的主要區(qū)別之一。

Systems 系統(tǒng)：將組件數(shù)據(jù)從當前狀態(tài)轉(zhuǎn)換為下一個狀態(tài)的邏輯。例如，一個系統(tǒng)可能會更新所有移動實體的位置，它們的速度乘以自上一幀以來的時間間隔。

具體的還可以通過這篇文章來了解：
https://learn.unity.com/tutorial/shi-yao-shi-dots-wei-shi-yao-shuo-dotsfei-chang-zhong-yao#

ECS的安裝

升級：老版本的升級注意事項，大家可以參考官方
https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.entities@0.50/manual/upgrade-guide.html
這里不多說明。

ECS需要安裝的包

“com.unity.entities”: “0.50.0-preview.24”,
“com.unity.rendering.hybrid”: “0.50.0-preview.24”,
“com.unity.physics”: “0.50.0-preview.24”,
“com.unity.burst”: “1.7.0”,
“com.unity.collections”: “1.1.0”,
“com.unity.jobs”: “0.50.0-preview.8”,
“com.unity.mathematics”: “1.2.5”,
“com.unity.platforms”: “0.50.0-preview.4”,

默認安裝
com.unity.entities
com.unity.rendering.hybrid
com.unity.physics
這三個包，會自動安裝
“com.unity.collections”: “1.1.0”,
“com.unity.jobs”: “0.50.0-preview.8”,
“com.unity.mathematics”: “1.2.5”,
如果這幾個沒有安裝，請手動安裝。

可以再PackageManager里點擊加號通過git URL安裝，輸入包名就可以了，例如com.unity.entities

常見問題

因為安裝這里遇到了不少問題，所以要講以下：
1，首先要安裝Unity2020.3.30+以上的版本，注意這里的小版本3.30，至少得是3.30，因為新的ECS需要新的Editor支持。否則安裝了ECS后會有報錯。

2，ECS的Hybrid，從0.50開始只支持V2版本了，需要通用渲染管線或者高清渲染管線的支持URP9.0，所以你的項目需要創(chuàng)建選擇一種，或者沒有安裝的話，通過PackageManager后面來安裝，具體如何配置渲染管線，可以參考其他文章，這里不做介紹。
另外Hybrid不支持桌面OpenGL或者GLES。對于Android和Linux，目前只能使用Vulkan。在ProjectSetting的Player的Graphics APIs中進行配置。
另外Color Space改為Linear，不支持gamma，所以在項目設置中要改以下。
在URP的設置中需要勾選Advanced SRP Batcher

具體要求參考下面文檔：
https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.rendering.hybrid@0.50/manual/requirements-and-compatibility.html
https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.rendering.hybrid@0.50/manual/creating-a-new-hybrid-renderer-project.html

3，Build ECS項目，必須安裝com.unity.platforms，不支持通過BuildSetting的Build操作。要構(gòu)建需要生成構(gòu)建配置。menu: Assets > Create > Build Configuration > Empty Build Configuration.

以上就是安裝和一些配置的注意事項。

Unity ECS 系統(tǒng)包含了哪些

ECS概念

實體組件系統(tǒng) (ECS) 架構(gòu)將身份（實體）、數(shù)據(jù)（組件）和行為（系統(tǒng)）分開。該架構(gòu)專注于數(shù)據(jù)。系統(tǒng)讀取組件數(shù)據(jù)流，然后將數(shù)據(jù)從輸入狀態(tài)轉(zhuǎn)換為輸出狀態(tài)，然后實體對其進行索引。

Archetypes 原型

組件類型的唯一組合稱為E??ntityArchetype。例如，一個 3D 對象可能有一個用于其世界變換的組件，一個用于其線性運動，一個用于旋轉(zhuǎn)，一個用于其視覺表示。這些 3D 對象的每個實例對應于一個實體，但由于它們共享相同的組件集，ECS 將它們分類為單個原型：

在此圖中，實體 A 和 B 共享原型 M，而實體 C 具有原型 N。
為了平滑地更改實體的原型，您可以在運行時添加或刪除組件。例如，如果您Renderer從實體 B 中移除組件，則它會移動到原型 N。
你可以通過Window > DOTS > Archetypes.來觀看當前的Archetypes

內(nèi)存塊 Memory Chunks

實體的原型決定了 ECS 存儲該實體組件的位置。ECS 以“塊”的形式分配內(nèi)存，每個塊都由一個ArchetypeChunk對象表示。塊總是包含單一原型的實體。當一塊內(nèi)存變滿時，ECS 會為使用相同原型創(chuàng)建的任何新實體分配一塊新的內(nèi)存。如果您添加或刪除組件，然后更改實體原型，ECS 會將該實體的組件移動到不同的塊。

這種組織方案在原型和塊之間提供了一對多的關系。這也意味著找到具有給定組件集的所有實體只需要搜索現(xiàn)有的原型，這些原型通常數(shù)量很少，而不是所有的實體，它們的數(shù)量通常要大得多。

ECS 不會按特定順序存儲塊中的實體。當實體被創(chuàng)建或更改為新原型時，ECS 將其放入存儲原型的第一個塊中，并且該塊具有空間。然而，大塊仍然緊緊地包裹著。當一個實體從原型中移除時，ECS 將塊中最后一個實體的組件移動到組件陣列中新騰出的插槽中。

實體查詢 Entity queries

要確定系統(tǒng)應處理哪些實體，請使用EntityQuery。實體查詢在現(xiàn)有原型中搜索具有符合您要求的組件的原型。您可以使用查詢指定以下組件要求：

All — 原型必須包含All類別中的所有組件類型。
Any — 原型必須至少包含Any類別中的一種組件類型。
None— 原型不得包含無類別中的任何組件類型。
實體查詢提供包含查詢所需組件類型的塊列表。然后，您可以直接使用IJobEntityBatch遍歷這些塊中的組件。

例如下面的查詢：

EntityQuery query = GetEntityQuery(typeof(Rotation),ComponentType.ReadOnly<RotationSpeed>());

Job 工作

要利用多線程，您可以使用C# Job system。ECS 提供SystemBase類Entities.ForEach以及IJobEntityBatch Schedule()和ScheduleParallel()方法，用于在主線程外轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。Entities.ForEach是最簡單的使用，通常需要更少的代碼行來實現(xiàn)。您可以將 IJobChunk 用于Entities.ForEach無法處理的更復雜的情況。

ECS按照您的系統(tǒng)排列順序在主線程上安排作業(yè)。隨著作業(yè)的調(diào)度，ECS 會跟蹤哪些作業(yè)讀取和寫入哪些組件。讀取組件的作業(yè)取決于寫入同一組件的任何先前計劃的作業(yè)，反之亦然。作業(yè)調(diào)度器使用作業(yè)依賴關系來確定哪些作業(yè)可以并行運行，哪些必須按順序運行。

System organization 系統(tǒng)組織

ECS 按World組織系統(tǒng)，然后按group組織系統(tǒng)。默認情況下，ECS 會創(chuàng)建一個包含一組預定義組的默認 World。它找到所有可用的系統(tǒng)，實例化它們，并將它們添加到默認 World 中的預定義模擬組中。

您可以指定同一組內(nèi)系統(tǒng)的更新順序。組是一種系統(tǒng)，因此您可以像任何其他系統(tǒng)一樣將組添加到另一個組并指定其順序。組內(nèi)的所有系統(tǒng)在下一個系統(tǒng)或組之前更新。如果您不指定順序，ECS 會以不依賴于創(chuàng)建順序的確定方式將系統(tǒng)插入到更新順序中。換句話說，即使您沒有明確指定順序，同一組系統(tǒng)在其組內(nèi)也始終以相同的順序更新。

系統(tǒng)更新發(fā)生在主線程上。但是，系統(tǒng)可以使用作業(yè)將工作卸載到其他線程。SystemBase提供了一種直接的方式來創(chuàng)建和調(diào)度作業(yè)。

有關系統(tǒng)創(chuàng)建、更新順序以及可用于組織系統(tǒng)的屬性的更多信息，請參閱系統(tǒng)更新順序文檔。

下面的圖大概就可以看出World和Group的關系，可以通過Window > Analysis> Entity Debuger開啟。

ECS authoring 創(chuàng)作

當您在 Unity 編輯器中創(chuàng)建游戲或應用程序時，您可以使用 GameObjects 和 MonoBehaviours 創(chuàng)建一個轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，將這些 UnityEngine 對象和組件映射到實體。
經(jīng)是通過傳統(tǒng)的Unity對象經(jīng)過轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，進行變換成ECS系統(tǒng)可以識別的對象。
后面再具體介紹。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Unity DOTS 学习笔记1 - ECS 0.50介绍和安装的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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