Megacity Unity Demo工程学习

1.前言

Megacity Demo发布于2019年春，本博文撰写于2024年，ECS也早已Release并发布了1.2.3版本。不过好在核心变化不大，多数接口也只是换了调用名称，

该Demo相较于之前的Book of the Dead(2018年发布)，体量要小一些，主要演示DOTS相关内容。近期刚好空闲，并且工程文件与2019.2版本躺硬盘已久，故把坑填上。

该Demo已上传百度网盘：

链接：https://pan.baidu.com/s/1X1gh6hQSRuB0KenlRZsOiw
提取码：iios

打开请使用Unity2019.1.0b7，其中Unity Package部分包会从Unity服务器下载，版本过老，

不保证是否能正确拉取，可以自行修复。

2.Hybrid ECS 部分

先讲一讲用到Hybrid ECS的几个功能。

2.1 HLOD

打开主场景MegaCity.unity后，在任意Section SubScene内，可以看见一些模型都套用有HLOD组件，

HOLD指的是场景内的细碎物件在到达最后一级LOD时，将这些物件的最后一级LOD合并进一个Mesh进行显示，例如远处的三四个房屋，电线杆

等等。合批后将替换为合并Mesh的单个模型，而模型合并操作可以离线进行，提前生成好。

HOLD的缺点是内存中需要多放置HLOD模型，并且存在负优化的情况，具体看项目而定。

在MegaCity Demo中可通过脚本CombineMeshFromLOD.cs进行HLOD模型的离线创建。

而HLOD脚本则是Hybrid ECS内封装了部分功能，通过ECS计算HLOD的显示替换等一些逻辑处理，使用时需要确保LOD Group组件的LOD数量

与HLOD中的LodParentTransforms一致即可，例如下图中有2个Low LOD的GameObject，实际上是2个级别的HLOD：

（理论上是单个HLOD Mesh替换，但实际Unity支持多级别HLOD）

2.2 SubScene

SubScene是Unity通过DOTS实现的子场景嵌套功能，其核心博主认为是Unity开放的流式场景加载接口：

m_Streams[i].Operation = new AsyncLoadSceneOperation(entitiesBinaryPath, sceneData.FileSize, sceneData.SharedComponentCount, resourcesPath, entityManager);
m_Streams[i].SceneEntity = entity;

同时SubScene也附带了将场景内容转换为适合流式加载的二进制格式

3.ECS的一些常见概念

在开始看MegaCity之前，我觉得得写一些ECS的前置概念。

3.1 筛选机制

常规编写一个Manager类会通过注册(Register)/反注册(Unregister)的机制管理该类的对象，

而ECS中这样的逻辑变为了筛选机制，以MegaCity的BoxTriggerSystem为例，这是一个类似处理OnTriggerEnter事件触发的碰撞管理系统，

碰撞盒的注册通过HybridECS的Mono转换组件进行：

ECS的System中，筛选代码如下：

m_BBGroup = GetComponentGroup(
    new EntityArchetypeQuery
    {
        All = new ComponentType[] { typeof(BoundingBox) },
        None = new ComponentType[] { typeof(TriggerCondition) },
        Any = Array.Empty<ComponentType>(),
    });

其中含有BoundingBox的ComponentData将会被筛选到对应System中进行处理。

而传统Manager的Unregister操作在ECS中则是将这个ComponentData移除，这样下一帧筛选时就不会筛选到了。

3.2 Jobs中CommandBuffer处理

还是以MegaCity Demo的BoxTriggerSystem为例，struct Job用于处理多线程的各项任务，并可以通过Burst对底层代码进行加速，

而在Job中不能进行如ComponentData移除这样的删改操作，我们可以通过CommandBuffer来加入到操作队列，在Job结束之后进行处理，

这和渲染管线处理上的CommandBuffer有点像：

public struct TriggerJob : IJobChunk
{
    public EntityCommandBuffer.Concurrent m_EntityCommandBuffer;
　　//...
    public void Execute(ArchetypeChunk chunk, int chunkIndex, int firstEntityIndex)
    {
        //...
        // add trigger component
        m_EntityCommandBuffer.AddComponent(chunkIndex, newBoundingBox, new TriggerCondition());
    }
}

3.3 标记逻辑处理

那么像BoxTriggerSystem这样的碰撞管理器，如何对已经产生碰撞的对象进行标记？

其实也是通过筛选处理的，在产生碰撞后为对应Entity实体增加一个ComponentData，TriggerCondition：

m_EntityCommandBuffer.AddComponent(chunkIndex, newBoundingBox, new TriggerCondition());

筛选时跳过含有TriggerCondition的实体即可：

m_BBGroup = GetComponentGroup(
    new EntityArchetypeQuery
    {
        All = new ComponentType[] { typeof(BoundingBox) },
        None = new ComponentType[] { typeof(TriggerCondition) },
        Any = Array.Empty<ComponentType>(),
    });

而在另一个音乐处理的System中，又会拿到标记了TriggerCondition和MusicTrigger的实体：

m_TriggerData = GetComponentGroup(
    new EntityArchetypeQuery
    {
        All = new ComponentType[] { typeof(TriggerCondition), typeof(MusicTrigger) },
        None = Array.Empty<ComponentType>(),
        Any = Array.Empty<ComponentType>()
    });

所以ECS的思路就是通过标记来代替传统OnEnable/OnDisable消息事件的触发。

4.MegaCity Demo本体

4.1 场景结构

先来看下静态置于MegaCity场景中的内容结构。

1. Audio存放了音频配置，MegaCity运用了Unity开放出来的ECS音频模块DSPGraph，不过当时(指MegaCity Demo发布时)实现比较简陋，大概是满足了基本使用需求的情况。
2. Pathing存放了飞船的路径信息，也是该Demo想展示的一个点。
3. 玩家飞船相关的逻辑不写了，这部分没有用到DOTS

4.2 LightPoolSystem

LightPoolSystem主要是用ECS的形式，遍历当前飞船和相机视锥范围内的灯光，进行逻辑筛选并进行对象池复用。

因为借助了HDRP渲染管线，场景内的灯光将和体积雾效果产生交互，达到较好的显示呈现。

其中LightRef脚本用于将场景中的灯光转换进ECS：

来到LightPoolSystem的OnUpdate中，对其中逻辑进行快速讲解：

protected override JobHandle OnUpdate(JobHandle handle)
{
    if (Camera.main == null || !AdditiveScene.isLoaded)
        return handle;

    #region Setup new lights

    #region Find closest lights

    #region Assign instances

    #region Update light intensity

    return handle;
}

1).第一步Setup new lights，拿到没有标记LightPoolCreatedTag组件数据的SharedLight，筛选结构如下:

m_NewSharedLights = GetComponentGroup
(
    ComponentType.ReadOnly<SharedLight>(),
    ComponentType.Exclude<LightPoolCreatedTag>()
);

SharedLight就是场景中HybridECS的转换对象，对应的MonoBehavior转换脚本是LightRef

假设场景内当前加载了50盏灯光，那么这一步也会创建50个实体，但对应的对象池则是用到了哪种灯光模板在惰性创建。

这一步最后再标记上LightPoolCreatedTag，防止下一次Update时进入这部分逻辑。

2).第二步Find closest lights，对已经映射上的场景灯光进行视锥和距离筛选，存入另一份NativeArray - ClosestLights。

3).第三步Assign instances分配实例，对已经筛选出来的实体分配具体灯光，并存入另一份NativeArray - AssignedLights，方便后续操作。

4).第四步Update light intensity更新灯光强度，直接操作AssignedLights更新灯光亮度，对于Active标记为False的灯光，将不断变暗直到

亮度数值为0并进行回收。

4.3 StreamingLogic

流式加载场景的封装逻辑，因为Unity SubScene并没有完全封装对应的加载卸载逻辑处理，

只提供了接口，我们还需要额外编写一层逻辑。

玩家组件上挂有配置脚本StreamingLogicConfigComponent处理流式加载的参数：

然后System中进行少量逻辑处理，最后用挂载ComponentData的方式通知Unity ECS的流失加载系统进行加载：

struct BuildCommandBufferJob : IJob
{
    public EntityCommandBuffer CommandBuffer;
    public NativeArray<Entity> AddRequestArray;
    public NativeArray<Entity> RemoveRequestArray;

    public void Execute()
    {
        foreach (var entity in AddRequestArray)
        {
            CommandBuffer.AddComponent(entity, default(RequestSceneLoaded));
        }
        foreach (var entity in RemoveRequestArray)
        {
            CommandBuffer.RemoveComponent<RequestSceneLoaded>(entity);
        }
    }
}

4.4 Megacity Audio System

或许这个系统才是重点，但发现主要仍是Unity的封装。

首先在Package Manager中可以看见该系统的相关代码，同时也可以发现AudioMixer中空空如也，这也MegaCity Demo的不同之处，

其内部所有的音频都是基于这套系统开发的。

在项目宏定义处加上ENABLE_DSPGRAPH_INTERCEPTOR开启调试器：

开启后可以在Window/DSP Graph处打开调试器窗口，看见所有音频的Graph结构以及最终是如何汇总输出的：

Megacity demo中飞机之间快速擦过（FlyBySystem）以及交通中的各类音频都是调用了这个System

其中ECSoundEmitterComponent可挂载，类似于AudioSource：

游戏内的音频会先挂载到PlaybackSystem，好比先把Audio放置于Graph内，再将音频暂时关闭，需要时打开：

var playbackSystem = World.Active.GetOrCreateManager<SamplePlaybackSystem>();
playbackSystem.AddClip(clip);

而真正去用，则是其他地方另行处理，可以看见读取缓存的AudioClip通过GetInstanceID：

var sample = EntityManager.CreateEntity();
AddClip(clip);
EntityManager.AddComponentData(sample, new AdditiveState());
EntityManager.AddComponentData(sample, new SamplePlayback { Volume = 1, Loop = 1, Pitch = 1 });
EntityManager.AddComponentData(sample, new SharedAudioClip { ClipInstanceID = clip.GetInstanceID() });
m_SampleEntities.Add(sample);

最后看音效实现，好像没有对应接口，也是通过类似挂载AudioClip的方式，定时播放和移除挂载。

其思路和Wwise/FMod也不相似，没有事件逻辑，只是性能系统设计。

4.4.2 ChunkEntityEnumerable

通过工具类ChunkEntityEnumerable，简化了在Job中遍历Chunk时的翻页处理：

public bool MoveNext()
{
    if (++elementIndex >= currChunkLength)
    {
        if (++chunkIndex >= chunks.Length)
        {
            return false;
        }

        elementIndex = 0;
        currChunk = chunks[chunkIndex].GetNativeArray(entityType);
        currChunkLength = currChunk.Length;
    }
    return true;
}

4.5 Traffic 交通逻辑处理

这可能是MegaCity最能学到东西的一个功能，MegaCity Demo中玩家路径用的是Cinemachine Path，NPC飞船用的路径是

4.5.1 道路处理

自己写的Path.cs：

若需要编辑Path，需要勾选Show All Handles，Show Coloured Roads则是查看路网的开关。

Is On Ramp用于标记主干道（匝道），Percetage Chance For On Ramp用于标记从分支进入主干道的概率。

勾选Show Coloured Roads:

4.5.2 NPC飞船寻路处理

NPC飞船通过Path拿到道路信息，并且通过CatmullRom插值进行路径计算，非常巧妙的一点是它利用了

CatmulRom的导数得到曲线变化率，并用此作为系数实现飞船平滑过渡：

public void Execute(ref VehiclePathing p, ref VehicleTargetPosition pos, [ReadOnly] ref VehiclePhysicsState physicsState)
{
    var rs = RoadSections[p.RoadIndex];

    float3 c0 = CatmullRom.GetPosition(rs.p0, rs.p1, rs.p2, rs.p3, p.curvePos);
    float3 c1 = CatmullRom.GetTangent(rs.p0, rs.p1, rs.p2, rs.p3, p.curvePos);
    float3 c2 = CatmullRom.GetConcavity(rs.p0, rs.p1, rs.p2, rs.p3, p.curvePos);

    float curveSpeed = length(c1);

    pos.IdealPosition = c0;
    pos.IdealSpeed = p.speed;

    if (lengthsq(physicsState.Position - c0) < kMaxTetherSquared)
    {
        p.curvePos += Constants.VehicleSpeedFudge / rs.arcLength * p.speed / curveSpeed * DeltaTimeSeconds;
    }
}

但为什么还要除以arcLength不太清楚。

5.杂项

5.1 ComponentDataFromEntity<T>通过实体快速映射组件

以Demo中的代码为例：

foreach (var newFlyby in New)//New = Entities
{
    var positional = PositionalFromEntity[newFlyby];

可以通过这个类直接得到组件，目前在新版本ECS中该类改名为了：

ComponentLookup<T>

5.2 DelayLineDopplerHack

这个脚本放在了Script文件夹外，并没有在项目里实装，它用了比较HACK的方法直接处理音频，并且

尝试实现哈斯HAAS效应：

var haasDelay = (int)((s.m_Attenuation[0] - s.m_Attenuation[1]) * m_Haas * (c * 2 - 1));
var delaySamples = Mathf.Clamp (delaySamplesBase + haasDelay, 0, maxLength);

哈斯（Haas）通过实验表明：两个同声源的声波若到达听音者的时间差Δt在5~35ms以内，人无法区分两个声源，给人以方位听感的只是前导声（超前的声源），滞后声好似并不存在；若延迟时间Δt在35~50ms时，人耳开始感知滞后声源的存在，但听感做辨别的方位仍是前导声源；若时间差Δt＞50ms时，人耳便能分辨出前导声与滞后声源的方位，即通常能听到清晰的回声。哈斯对双声源的不同延时给人耳听感反映的这一描述，称为哈斯效应。这种效应有助于建立立体声的听音环境

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Unity2022新版MegacityDemo下载：https://unity.com/de/demos/megacity-competitive-action-sample

Unity多人联机版本Megacity： https://unity.com/cn/demos/megacity-competitive-action-sample

Unity2019旧版本Megacity下载：https://discussions.unity.com/t/megacity-feedback-discussion/736246/81?page=5