Unity Entity Component System 과 C # Job System은 서로 다른 두 가지 시스템이지만 분리 할 수 없습니다. 이러한 두 시스템을 이해하기 위해 다음과 같이 Unity 시나리오에서 게임 개체를 만드는 워크 플로를 살펴 보겠습니다.
물리적 구성 요소 시스템과 C# Job System 의 결합은 보다 강력한 기능을 제공합니다. 물리적 구성 요소 시스템이 효율적이고 컴팩트 한 방식으로 데이터를 설정하기 때문에 작업 시스템은 데이터 배열을 분할하여 효율적으로 병렬로 작동 할 수 있습니다. 그러면 이 새로운 시스템을 어떻게 사용해야 할까요?
예를 들어서 우리가 게임을 디자인하는 방법은 아래와 같습니다:
생성 된 각 용기는 화면 경계 내에서 임의의 X 좌표로 설정됩니다.
생성 된 각 선박에는 화면 아래쪽으로 보낼 수있는 이동 기능이 있습니다.
한도를 초과하면 생성 된 각 선박의 위치가 재설정됩니다.
이것은 상대적으로 간단한 게임 로직입니다. 이전에 우린 이런 디자인을 쉽게하기 위해
Mono 를 사용했습니다.
이것은 게임 개발자로서 가장 쉽게 마스터 할 수있는 가장 일반적인 디자인입니다. 각 프레임의 스페이스 바 입력을 확인하고 화면의 왼쪽과 오른쪽 사이에서 임의의 X/Z 를 찾는 AddShips() 메서드를 트리거합니다. Z 위치에서 선상의 회전 각을 아래쪽으로 향하게 설정하고 그 위치에 선 조립식을 생성합니다.
선박 객체가 생성되고 각 구성 요소가 힙 메모리에 생성되며 추가 모바일 스크립트가 프레임 당 위치를 업데이트하여 화면의 아래쪽 경계와 위쪽 경계 사이에 있도록 보장합니다.
BehaviorUpdate() 메서드를 살펴보면 모든 동작 업데이트를 완료하는 데 8.67ms 가 걸리며, 이 작업은 모두 주 스레드에서 수행됩니다. C# Jobs System 에서는 이 작업이 사용 가능한 모든 CPU 에 배포됩니다. 위의 솔루션에 Jobs System 을 추가하여 구현을 살펴 보겠습니다.
인터페이스 이름의 끝에 있는 Transform 키워드는 Execute 메서드의 TransformAccess 매개 변수를 제공합니다. 이제는 각 Execute 호출에 대해 각 선박의 개별 변환 데이터가 전달된다는 것을 알았습니다. 이제 게임 관리자를 살펴 보겠습니다. AddShips() 및 Update() 메서드는 각 프레임에 대해 이 데이터를 설정하는 방법을 알고 있습니다.
C# Job System 을 사용하여 동일한 프레임 시간 (약 33ms) 내에 Mono 에서 상속 된 화면 개체 수를 거의 두 배로 늘릴 수 있습니다. 
이제 Movement 및 UpdateBoundingVolumes 작업이 프레임 당 약 4ms 가 걸리는 것을 볼 수 있습니다. 이는 큰 발전입니다! 또한 화면의 보트 수가 Mono 의 거의 두 배입니다. 그러나 우리는 여전히 더 잘할 수 있으며 현재 방법에는 여전히 몇 가지 제한 사항이 있습니다.
각 데이터 프레임 설정 (시간 및 경계)
작업 예약
우리의 작업은 이미 완전하게 독립적으로 설정되어 있으며 이 특정 데이터 구성 요소 집합을 포함하는 엔티티가 처음 인스턴스화 될 때까지 OnUpdate() 함수가 호출되지 않습니다. 동일한 모바일 행동을 하는 일부를 추가하기로 결정한 경우 그런 다음 GameObject 가 이 세 개의 동일한 구성 요소 스크립트 (인스턴스화 한 대표 GameObject 의 데이터 유형 포함)를 추가하기만 하면 됩니다. 여기서 중요한 점은 MovementSystem 이 엔티티가 실행중인 엔티티가 무엇인지 신경 쓰지 않는다는 것입니다. 엔티티에 관심있는 데이터 유형이 포함되어 있고 수명주기를 제어하는 데 도움이되는 메커니즘이 있는 경우에만 주의해야 합니다.
약 33ms 의 동일한 프레임 시간에서 실행되면 물리적 구성 요소 시스템을 사용하여 한 번에 91,000 개의 개체를 화면에 표시 할 수 있습니다. 
Mono 에 의존하지 않으므로 엔티티 구성 요소 시스템은 사용 가능한 CPU 시간을 사용하여 더 많은 개체를 추적하고 업데이트 할 수 있습니다. 위의 파서 창에서 보았 듯이 이전의 TransformArrayAccess 파이프 라인을 완전히 무시하고 MovementJob 에서 위치 및 회전 정보를 직접 업데이트 한 다음 명시 적으로 자체 렌더링 행렬을 작성했기 때문에 기존의 Transform 구성 요소에 다시 쓸 필요가 없습니다.
참조:
Unity Entity 구성 요소 시스템 설명서
Unity 엔티티 구성 요소 시스템 예
Unity Entity Component System 포럼
Unity 문서
- GameObject 객체를 만듭니다.
- 객체에 구성 요소 추가: Renderer，Collider，Rigidbody physics
- MonoBehaviour 스크립트를 생성하고 런타임에 해당 구성 요소의 상태 속성을 제어하고 변경하기 위해 객체에 추가합니다.
위의 세 단계가 수행되며 Unity의 실행 흐름이라고합니다. Unity 개발자는 가장 기본적인 프로세스입니다. 그러나이 접근법에는 자체 단점과 성능 문제가 있습니다. 예를 들어, 데이터와 로직은 긴밀하게 결합되어 있습니다. 즉, 로직이 특정 데이터와 관련되어 있고 별도로 분리 할 수 없기 때문에 코드 재사용 빈도가 적습니다.
예를 들어 GameObject 및 Components 예제에서 GameObject는 Transform, Renderer, Rigidbody 및 Collider 참조를 사용하며 이러한 스크립트에서 참조되는 객체는 힙 메모리에 분산되어 있습니다.
게임 객체, 동작 및 구성 요소 간의 메모리 객체는 다음 그림을 참조 하십시오.
Unity GameObject 을 사용하면 매우 짧은 시간 안에 게임을 빌드하고 실행할 수 있습니다. 이 기능은 개발자가 신속하게 시작할 수 있게 해주는 Unity 의 기능 이기도 하지만 성능에는 이상적이지 않습니다. 이 문제를 자세히 살펴 보도록합니다. 각 참조 유형에는 액세스 할 필요가 없는 많은 추가 데이터가 포함되어 있으며 이러한 사용되지 않은 멤버는 프로세서 캐시에서 중요한 공간을 차지합니다. 예를 들어, 우리가 상속받은 Mono 는 전형적인 경우입니다. 기존 구성 요소의 함수 인터페이스 함수 나 변수가 거의 필요하지 않은 경우 나머지를 "폐기물 공간" 다이어그램에 표시된 것처럼 공간 낭비라고 생각할 수 있습니다.
위의 그림에서 굵은 글씨체는 실제로 이동 작업에 사용 된 멤버를 나타내며 나머지는 공간을 낭비합니다 .GameObject 를 이동하려면 스크립트가 위치에 액세스하고 Transform 구성 요소에서 데이터 멤버를 회전해야합니다. 하드웨어가 메모리에서 데이터를 가져 오면 캐시 라인은 많은 쓸모없는 데이터를 채 웁니다. 이동해야하는 모든 GameObject 에 대해 위치 및 회전 멤버만 있는 배열을 설정하면 매우 짧은 시간에 어떻게 실행될 수 있겠습니까? 쓸데없는 데이터를 제거 하시겠습니까? ECS는이 문제를 해결하기 위해 고안되었습니다. - ECS 물리적 구성 요소 시스템
Unity 의 새로운 엔티티 구성 요소 시스템은 비효율적 인 객체 참조를 제거하는 데 도움이 되며 자체 구성 요소가 있는 GameObject에 관계 없이 필요한 데이터만 포함하는 엔티티를 고려합니다.
다음 엔티티 구성 요소 시스템에서 Bullet 엔티티에는 Transform 또는 Rigidbody 구성 요소가 연결되어 있지 않습니다. Bullet 엔티티는 업데이트를 명시 적으로 실행하는 데 필요한 원시 데이터입니다. 이 새로운 시스템을 사용하면 각 객체 유형에서 논리를 완전히 분리 할 수 있습니다.
이 시스템은 큰 장점이 있습니다: 캐시 효율성을 높이고 액세스 시간을 단축 할뿐만 아니라 이 데이터 정렬을 필요로 하는 최신 CPU 에서 고급 기술 (자동 벡터화 / SIMD)을 사용할 수 있습니다. 기본 성능이 필요합니다. 아래 그림과 같습니다.
위의 그림에서 캐시 라인 저장소의 단편화와 상속 된 Mono 시스템에 의해 생성 된 공간 낭비에 유의하십시오. 데이터 비교는 다음과 같습니다.
위의 그림은 단일 이동 작업과 관련된 메모리 공간을 동일한 목표를 달성하는 두 작업과 비교 한 결과입니다. - C# Jobs System
다중 스레드 코드를 사용하는 대부분의 사람들은 스레드 안전 코드 작성이 어려우며 자원에 대한 스레딩이 발생할 수 있음을 알고 있지만 기회가 거의 없으며 프로그래머가 생각하지 않으면 심각한 오류가 발생할 수 있습니다. 그것 이외에, 컨텍스트 전환은 비용이 많이 들기 때문에 가능한 한 효율적으로 작업 부하를 균형 잡는 방법을 배우는 것이 어렵습니다. 다음 이미지와 같이 새로운 Unity C# Job System 이 이러한 모든 문제를 해결합니다.
Bullet Manager 에서 볼 수 있듯이 대부분의 게임 프로그래머는 GameObject 의 관리자를 작성합니다. 일반적으로 이러한 관리자는 GameObject 목록을 관리하고 모든 프레임의 모든 총알 활동을 프레임마다 업데이트합니다. 위치. 이것은 C # Jobs System 을 사용하는 조건과 매우 일치합니다. 총알 모션은 별도로 처리 할 수 있기 때문에 병렬 처리에 매우 적합합니다. C# Jobs System 을 사용하면 이 기능을 손쉽게 가져와서 다른 데이터 블록을 병렬로 실행할 수 있습니다. 게임 논리 코드에 집중해야 합니다. 물리적 구성 요소 시스템과 C# Job System 의 결합을 도입하십시오.
물리적 구성 요소 시스템과 C# Job System 의 결합은 보다 강력한 기능을 제공합니다. 물리적 구성 요소 시스템이 효율적이고 컴팩트 한 방식으로 데이터를 설정하기 때문에 작업 시스템은 데이터 배열을 분할하여 효율적으로 병렬로 작동 할 수 있습니다. 그러면 이 새로운 시스템을 어떻게 사용해야 할까요?
예를 들어서 우리가 게임을 디자인하는 방법은 아래와 같습니다:
- 플레이어가 스페이스 바를 치고 프레임에 일정 수의 배송됩니다.
이것은 상대적으로 간단한 게임 로직입니다. 이전에 우린 이런 디자인을 쉽게하기 위해
이것은 게임 개발자로서 가장 쉽게 마스터 할 수있는 가장 일반적인 디자인입니다. 각 프레임의 스페이스 바 입력을 확인하고 화면의 왼쪽과 오른쪽 사이에서 임의의 X/Z 를 찾는 AddShips() 메서드를 트리거합니다. Z 위치에서 선상의 회전 각을 아래쪽으로 향하게 설정하고 그 위치에 선 조립식을 생성합니다.
void Update()
{
if (Input.GetKeyDown("space"))
{
AddShips(incremementCount);
}
}
void AddShips(int amount)
{
for (int i = 0; i < amount; i++)
{
float xVal = UnityEngine.Random.Range(leftBound, rightBound);
float zVal = UnityEngine.Random.Range(0f, 10f);
Vector3 pos = new Vector3(xVal, 0f, bottomBound + zVal);
Quaternion rot = Quaternion.Euler(0f, 0f, 0f);
var obj = Instantiate(targetPrefab, pos, rot) as GameObject;
}
}
using UnityEngine;
public class MonoMovement : MonoBehaviour
{
void Update()
{
Vector3 pos = transform.position;
pos += transform.forward * MonoGameManager.Instance.moveSpeed * Time.deltaTime;
if (pos.z < MonoGameManager.Instance.bottomBound)
pos.z = MonoGameManager.Instance.topBound;
transform.position = pos;
}
}
- Mono 를 이용한 Jobs System
위의 방법은 스크립트를 작성하기 쉽습니다. 시작하기만 하면 개발자가 될 수 있지만, 몇 년 동안 일해 온 개발자로서 여전히 문제가 있는 경우 계속해서 코드 구현을 살펴보아야합니다.
using Unity.Burst;
using UnityEngine;
using UnityEngine.Jobs;
[BurstCompile]
public struct JobSystemMovement : IJobParallelForTransform
{
public float moveSpeed;
public float topBound;
public float bottomBound;
public float deltaTime;
public void Execute(int index, TransformAccess transform)
{
Vector3 pos = transform.position;
pos += moveSpeed * deltaTime * (transform.rotation * new Vector3(0f, 0f, 1f));
if (pos.z < bottomBound)
pos.z = topBound;
transform.position = pos;
}
}
using Unity.Jobs;
using UnityEngine;
using UnityEngine.Jobs;
public class JobSystemGameManager : MonoBehaviour
{
[SerializeField]
public GameObject targetPrefab;
public static JobSystemGameManager Instance;
private TransformAccessArray transforms;
private JobSystemMovement moveJob;
private JobHandle moveHandle;
public float leftBound = -100;
public float rightBound = 100;
public float topBound = 1000;
public float bottomBound = -1000;
public float moveSpeed = 20f;
public int incremementCount = 200;
void Start()
{
Instance = new JobSystemGameManager();
transforms = new TransformAccessArray(0, -1);
}
void Update()
{
moveHandle.Complete();
if (Input.GetKeyDown("space"))
{
AddShips(incremementCount);
}
moveJob = new JobSystemMovement()
{
moveSpeed = moveSpeed,
topBound = topBound,
bottomBound = bottomBound,
deltaTime = Time.deltaTime
};
moveHandle = moveJob.Schedule(transforms);
JobHandle.ScheduleBatchedJobs();
}
void AddShips(int amount)
{
moveHandle.Complete();
transforms.capacity = transforms.length + amount;
for (int i = 0; i < amount; i++)
{
float xVal = UnityEngine.Random.Range(leftBound, rightBound);
float zVal = UnityEngine.Random.Range(0f, 10f);
Vector3 pos = new Vector3(xVal, 0f, bottomBound + zVal);
Quaternion rot = Quaternion.Euler(0f, 0f, 0f);
var obj = Instantiate(targetPrefab, pos, rot) as GameObject;
transforms.Add(obj.transform);
}
}
}
void Start()
{
Instance = new JobSystemGameManager();
transforms = new TransformAccessArray(0, -1);
}
void Update()
{
moveHandle.Complete();
if (Input.GetKeyDown("space"))
{
AddShips(incremementCount);
}
moveJob = new JobSystemMovement()
{
moveSpeed = moveSpeed,
topBound = topBound,
bottomBound = bottomBound,
deltaTime = Time.deltaTime
};
moveHandle = moveJob.Schedule(transforms);
JobHandle.ScheduleBatchedJobs();
}
void AddShips(int amount)
{
moveHandle.Complete();
transforms.capacity = transforms.length + amount;
for (int i = 0; i < amount; i++)
{
float xVal = UnityEngine.Random.Range(leftBound, rightBound);
float zVal = UnityEngine.Random.Range(0f, 10f);
Vector3 pos = new Vector3(xVal, 0f, bottomBound + zVal);
Quaternion rot = Quaternion.Euler(0f, 0f, 0f);
var obj = Instantiate(targetPrefab, pos, rot) as GameObject;
transforms.Add(obj.transform);
}
}
- GameObject 인스턴스 생성은 시스템 호출 메모리 할당과 관련된 오랜 프로세스입니다.
- Transforms 은 여전히 힙의 임의의 위치에 할당됩니다.
- Transforms 은 여전히 사용되지 않는 데이터가 포함되어 있으며 메모리 액세스 효율성을 줄입니다.
- C# Jobs System
이 문제는 다소 복잡하지만 일단 이것을 이해하면 항상 이 지식을 습득하게됩니다. 먼저 새로운 적선 선 조립이 어떻게 이 문제를 해결하는지 살펴 보겠습니다.
먼저, Transform 구성 요소 (사용되지 않음) 이외의 다른 기본 제공 Unity 구성 요소가 없습니다.이 프리 패브는 이제 구성 요소가있는 GameObject가 아니라 엔티티 생성에 사용할 템플릿을 나타냅니다. 프리팹의 개념은 관습 적으로 새로운 시스템에 완전히 적용 할 수 없으므로 엔티티 데이터를 저장하기 위한 편리한 컨테이너로 모든 스크립트에서 생각할 수 있으며 이제는 GameObjectEntity.cs 가 프리팹에 첨부됩니다. 이 필수 구성 요소는 이 게임 객체가 엔티티로 처리되고 새로운 엔티티 구성 요소 시스템을 사용함을 나타냅니다. 보시다시피 객체에는 이제 RotationComponent, PositionComponent 및 MoveSpeedComponent 도 포함됩니다. 표준 구성 요소 (위치 및 회전 등)는 내장되어 있으며 명시 적으로 생성 할 필요는 없지만 MoveSpeed 는 이 외에도 GPU 인스턴스화를 지원하는 public 멤버에 대한 재료 참조를 제공하는 MeshInstanceRendererComponent 가 필요합니다. 물리적 구성 요소 시스템의 경우 이러한 구성 요소가 새로운 시스템과 결합되는 방식을 살펴 보겠습니다.
using System;
using Unity.Entities;
[Serializable]
public struct ECSMoveSpeed : IComponentData
{
public float Value;
}
public class ECSMoveSpeedComponent : ComponentDataWrapper { }
using Unity.Collections;
using Unity.Entities;
using Unity.Mathematics;
using Unity.Transforms;
using UnityEngine;
public class ECSGameManager : MonoBehaviour
{
[SerializeField]
public GameObject targetPrefab;
public static ECSGameManager Instance;
public float leftBound = -100;
public float rightBound = 100;
public float topBound = 1000;
public float bottomBound = -1000;
public float moveSpeed = 20f;
public int incremementCount = 200;
EntityManager manager;
void Start()
{
Instance = new ECSGameManager();
manager = World.Active.GetOrCreateManager();
}
void Update()
{
if (Input.GetKeyDown("space"))
{
AddShips(incremementCount);
}
}
void AddShips(int amount)
{
NativeArray entities = new NativeArray(amount, Allocator.Temp);
manager.Instantiate(targetPrefab, entities);
for (int i = 0; i < amount; i++)
{
float xVal = UnityEngine.Random.Range(leftBound, rightBound);
float zVal = UnityEngine.Random.Range(0f, 10f);
manager.SetComponentData(entities[i], new Position { Value = new float3(xVal, 0f, bottomBound + zVal) });
manager.SetComponentData(entities[i], new Rotation { Value = new quaternion(0, 0, 0, 1) });
manager.SetComponentData(entities[i], new ECSMoveSpeed { Value = moveSpeed });
}
entities.Dispose();
}
}
using Unity.Collections;
using Unity.Entities;
using Unity.Burst;
using Unity.Jobs;
using Unity.Mathematics;
using Unity.Transforms;
using UnityEngine;
public class ECSMovementSystem : JobComponentSystem
{
[BurstCompile]
struct ECSMovementJob : IJobProcessComponentData
{
public float topBound;
public float bottomBound;
public float deltaTime;
public void Execute(ref Position position, [ReadOnly] ref Rotation rotation, [ReadOnly] ref ECSMoveSpeed speed)
{
float3 value = position.Value;
value += deltaTime * speed.Value * math.forward(rotation.Value);
if (value.z < bottomBound)
value.z = topBound;
position.Value = value;
}
}
protected override JobHandle OnUpdate(JobHandle inputDeps)
{
ECSMovementJob moveJob = new ECSMovementJob
{
topBound = ECSGameManager.Instance.topBound,
bottomBound = ECSGameManager.Instance.bottomBound,
deltaTime = Time.deltaTime
};
return moveJob.Schedule(this, inputDeps);
}
}
public class ECSMovementSystem : JobComponentSystem
{
// ...
// Movement Job
// ...
protected override JobHandle OnUpdate(JobHandle inputDeps)
{
ECSMovementJob moveJob = new ECSMovementJob
{
topBound = ECSGameManager.Instance.topBound,
bottomBound = ECSGameManager.Instance.bottomBound,
deltaTime = Time.deltaTime
};
return moveJob.Schedule(this, inputDeps);
}
}
- 새로 삽입 된 ComponentDataArrays (각 엔티티 인스턴스 데이터)를 사용하여 MovementJob 데이터를 설정합니다.
우리의 작업은 이미 완전하게 독립적으로 설정되어 있으며 이 특정 데이터 구성 요소 집합을 포함하는 엔티티가 처음 인스턴스화 될 때까지 OnUpdate() 함수가 호출되지 않습니다. 동일한 모바일 행동을 하는 일부를 추가하기로 결정한 경우 그런 다음 GameObject 가 이 세 개의 동일한 구성 요소 스크립트 (인스턴스화 한 대표 GameObject 의 데이터 유형 포함)를 추가하기만 하면 됩니다. 여기서 중요한 점은 MovementSystem 이 엔티티가 실행중인 엔티티가 무엇인지 신경 쓰지 않는다는 것입니다. 엔티티에 관심있는 데이터 유형이 포함되어 있고 수명주기를 제어하는 데 도움이되는 메커니즘이 있는 경우에만 주의해야 합니다.
약 33ms 의 동일한 프레임 시간에서 실행되면 물리적 구성 요소 시스템을 사용하여 한 번에 91,000 개의 개체를 화면에 표시 할 수 있습니다. Mono 에 의존하지 않으므로 엔티티 구성 요소 시스템은 사용 가능한 CPU 시간을 사용하여 더 많은 개체를 추적하고 업데이트 할 수 있습니다. 위의 파서 창에서 보았 듯이 이전의 TransformArrayAccess 파이프 라인을 완전히 무시하고 MovementJob 에서 위치 및 회전 정보를 직접 업데이트 한 다음 명시 적으로 자체 렌더링 행렬을 작성했기 때문에 기존의 Transform 구성 요소에 다시 쓸 필요가 없습니다. - 결론
