學習Unity 2019 ECS 框架（一）

HelloCube

ForEach

ForEach是一個合體的Cubes共同旋轉的簡單場景。數組

RotatingCube掛載了RotationSpeed Convert to Entity，將該GameObject轉換爲Entity，該物體的GameEngine Component是Transform，做爲一個旋轉單位，保存爲實體貌似也是正確的，ECS中C做爲數據集合，做爲rotation component我認爲也是能夠的（更正：RotationSpeedAuthoring沒有處理旋轉，只是單純記了個數據，所以它不是Component)。緩存

public class RotationSpeedSystem_ForEach : ComponentSystem安全

對應ECS中的Systsem，也是Component，Unity ECS居然能夠一個腳本同時做爲System和Component，此到處理的RotationCube的旋轉，是個Component，同時這個場景中只有單個旋轉須要處理，同時做爲System專門處理物體旋轉也行。框架

RotationSpeedAuthoring_ForEach繼承了MonoBehaviour，所以須要在場景內的GameObject上掛載，接着它又實現了IConvertGameObjectToEntity接口，裏面只有一個接口方法void Convert(Entity entity, EntityManager dstManager, GameObjectConversionSystem conversionSystem);dom

這個接口是轉化爲實體，將GameObject的Behaviour轉化爲實體？不該該是Component麼，Convert方法裏new RotationSpeed_ForEach，這應該是個真正的實體了。ide

public void Convert(Entity entity, EntityManager dstManager, GameObjectConversionSystem conversionSystem) { var data = new RotationSpeed_ForEach { RadiansPerSecond = math.radians(DegreesPerSecond) }; dstManager.AddComponentData(entity, data); }

EntityManager在Unity.Entities命名空間下，裏面有各類AddComponent/AddComponentData方法，Convert實例化了RotationSpeed_ForEach，關於RotationSpeed_ForEach它屬於Component，實現了IComponentData接口，這個接口很是簡單==過於簡單，啥都沒有隻是說了這個接口的含義，嗯，長成這樣函數

namespace Unity.Entities { public interface IComponentData { } }

這樣看來Unity的ECS框架和普通ECS很不同，從Component能夠直接建立Entity，我認爲繼承自MonoBehavious的類是組件，這個組件實現了ConvertGameObjectToEntity並在Convert方法中將自身做爲數據加入EntityManager。url

public class RotationSpeedSystem_ForEach : ComponentSystem { protected override void OnUpdate() { Entities.ForEach((ref RotationSpeed_ForEach rotationSpeed, ref Rotation rotation) => { var deltaTime = Time.deltaTime; rotation.Value = math.mul(math.normalize(rotation.Value), quaternion.AxisAngle(math.up(), rotationSpeed.RadiansPerSecond * deltaTime)); }); }

繼承自ComponentSystem集中處理OnUpdate的每幀刷新，Unity說如今這種作法不是最優解，但足以將ComponentSystem Update (logic) and ComponentData (data)解耦合，MonoBehavious已經再也不處理OnUpdate的刷新了。spa

ForEachWithEntityChanges

Spawner有個厲害的操做，將Hierarchy的預設轉換爲了Entity，並且EntityManager提供接口entityManager.Instantiate(prefab)，直接建立prefab實例，細節不說，直接看代碼。.net

Entity prefab = GameObjectConversionUtility.ConvertGameObjectHierarchy(Prefab, World.Active); var entityManager = World.Active.EntityManager;

SpawnFromMonoBehaviour

這個示例我以爲能體現一些ECS的優點，將數據和邏輯行爲解耦，Spawner_FromMonoBehaviour只須要管理行爲，而旋轉數據由自身RotationSpeedAuthoring_IJobForEach，添加進EntityManager.AddComponentData(entity, data);統一處理。

Advanced/Boids

這個示例是大量計算海洋魚羣路徑，模擬2個魚羣被鯊魚追逐的軌跡運動。

基本思想是生成兩個巨量魚羣，每幀刷新每條魚的移動方位，先計算當前位置到targets[0]點的距離，變例所有的目標點取得最短距離。

NearestPosition方法並無返回值，這是Convert to Entity的好處，數值由Entity統一管理，提交的一方只要確保數據正確。

void NearestPosition(NativeArray<float3> targets, float3 position, out int nearestPositionIndex, out float nearestDistance ) { nearestPositionIndex = 0; nearestDistance = math.lengthsq(position-targets[0]); for (int i = 1; i < targets.Length; i++) { var targetPosition = targets[i]; var distance       = math.lengthsq(position-targetPosition); var nearest        = distance < nearestDistance; nearestDistance = math.select(nearestDistance, distance, nearest); nearestPositionIndex = math.select(nearestPositionIndex, i, nearest); } nearestDistance = math.sqrt(nearestDistance); }
 // Resolves the distance of the nearest obstacle and target and stores the cell index.
public void ExecuteFirst(int index) { var position = cellSeparation[index] / cellCount[index]; int obstaclePositionIndex; float obstacleDistance; NearestPosition(obstaclePositions, position, out obstaclePositionIndex, out obstacleDistance); cellObstaclePositionIndex[index] = obstaclePositionIndex; cellObstacleDistance[index] = obstacleDistance; int targetPositionIndex; float targetDistance; NearestPosition(targetPositions, position, out targetPositionIndex, out targetDistance); cellTargetPositionIndex[index] = targetPositionIndex; cellIndices[index] = index; }

Shark上掛載了GameObjectEntity

GameObjectEntity感受很是方便，在該物體知足enabled && gameObject.activeInHierarchy時，會自動AddToEntityManager(m_EntityManager, gameObject);加入到EntityManager的組件管理中，CreateEntity(entityManager, archetype, components, types);生成一個實體返回。

public static void CopyAllComponentsToEntity(GameObject gameObject, EntityManager entityManager, Entity entity) { foreach (var proxy in gameObject.GetComponents<ComponentDataProxyBase>()) { // TODO: handle shared components and tag components
        var type = proxy.GetComponentType(); entityManager.AddComponent(entity, type); proxy.UpdateComponentData(entityManager, entity); } }

它能夠將這個GameObject上所有的Component轉成ComponentData，並且在OnEnable/OnDisable都有處理。

來看下SpawnRandomInSphere，雖然類的命名是在球體半徑中隨機生成魚，但這個類裏面乾的事情全是提交數據，它是和Entity打交道，沒有處理生成魚的行爲。

它繼承自MonoBehaviour，也就是說這個類會直接掛在場景內的GameObject上，後面兩個接口分別是聲明須要建立的prefab和將這個GameObject的數據轉換爲Entity。

public class SpawnRandomInSphere : MonoBehaviour, IDeclareReferencedPrefabs, IConvertGameObjectToEntity { public GameObject Prefab; public float Radius; public int Count; // Lets you convert the editor data representation to the entity optimal runtime representation
            public void Convert(Entity entity, EntityManager dstManager, GameObjectConversionSystem conversionSystem) { var spawnerData = new Samples.Boids.SpawnRandomInSphere // 自定義的數據格式，是個繼承ISharedComponentData的結構體 { // The referenced prefab will be converted due to DeclareReferencedPrefabs. // So here we simply map the game object to an entity reference to that prefab.
                    Prefab = conversionSystem.GetPrimaryEntity(Prefab),// 將GameObject Prefab轉變爲一個實體返回 Radius = Radius, Count = Count }; dstManager.AddSharedComponentData(entity, spawnerData); } // Referenced prefabs have to be declared so that the conversion system knows about them ahead of time
            public void DeclareReferencedPrefabs(List<GameObject> referencedPrefabs) { referencedPrefabs.Add(Prefab); } }

SpawnRandomInSphereSystem並非World，而是ComponentSystem它處理全部提交的ComponentData.

var spawnPositions = new NativeArray<float3>(toSpawnCount, Allocator.TempJob); GeneratePoints.RandomPointsInUnitSphere(spawnPositions);

NativeArray<T>只能容納值對象。

在建立的時候除了指定length外，還須要指定allocator模式：Temp（臨時）,TempJob（Job內臨時）,Persistent（持久）。

這是Unity官方提供的容器類，它所指定的allocator模式多是相似Temp對應棧內存分配，Persistent對應堆內存分配的方式。
它只是簡單的封裝一下數組，本質和普通的struct數組彷佛沒什麼區別，都能內存連續使cpu更容易命中緩存。

var entities = new NativeArray<Entity>(toSpawnCount, Allocator.Temp); for (int i = 0; i < toSpawnCount; ++i) { entities[i] = PostUpdateCommands.Instantiate(spawner.Prefab); }

生成隨機點是由Unity.Mathematics提供的接口，沒有看到生成隨機點後的返回，這個方法是void.Instantiate是EntityCommandBuffer的建立函數，Unity註釋說This code is placeholder until we add the ability to bulk-instantiate many entities from an ECB，這句生成只是個佔位符，用於理解邏輯，真正的生成在其餘地方。

for (int i = 0; i < toSpawnCount; i++) { PostUpdateCommands.SetComponent(entities[i], new LocalToWorld { Value = float4x4.TRS( localToWorld.Position + (spawnPositions[i] * spawner.Radius), quaternion.LookRotationSafe(spawnPositions[i], math.up()), new float3(1.0f, 1.0f, 1.0f)) }); }

隨後計算每一個實體看下目標點的下一個位置，魚的行進路線是看向目標點的，這個計算是當前點的世界座標+生成點（遊戲初始化時）*生成魚羣半徑+轉向目標的轉動偏移。

最後計算完了這些數據，SpawnRandomInSphereSystem將這個節點的數據刪除。

Boid : MonoBehaviour

本實例中有3個Boid變體，Boid類只是ComponentData，並轉換爲Entity.

BoidSystem : JobComponentSystem

能夠直接看BoidSystem,發現行爲代碼在MergeCells中，有3個方法ExecuteFirst、ExecuteNext、NearestPosition。

MergeCells使用的[BurstCompile]編譯器，也許這是我找不到ExecuteFirst、ExecuteNext調用地方的緣由，在ExecuteFirst中分別計算了到障礙物和到目標點的最近點，計算最近點是當前點到全部障礙、目標的窮舉運算。

看了一篇文章https://gameinstitute.qq.com/community/detail/126083，上面說Unity的ECS和JobSystem很類似，C# JobSystem 只支持structs和NativeContainers，並不支持託管數據類型。因此，在C# JobSystem中，只有IComponentData數據能夠被安全的訪問。