ai框选工具 UE5的ECS:MASS框架(一)

AI资讯1年前 (2023)发布 fengdao
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最近官方更新了一个黑客帝国觉醒的试玩游戏,看了演示视频之后大为震撼,其中最后有提到街上的海量人群是使用MASS AI框架实现的。能做出这样的实机效果,这套框架也是功不可没的。而这个MASS代码虽然外发版还没有,但其实已经在的ue5-main分支上存在了很久了,因为之前我也大概看过,最近这里的代码也在持续更新,所以想趁这个热度总结下内部实现原理。如果你之前有了解过ECS那你在阅读下面内容时就会很轻松,因为Mass其实就是UE5实现的ECS框架。

拉取最新代码后,编译完看启动闪屏版本号是5.1.0:

Mass分为几个库,都是以插件形式放在引擎源码里,所以低版本想要使用也会比较容易。默认是关掉的,需要手动打开。如下,在引擎插件目录手动打开。

其中是基础库,还包括,,等,具体库的关系如下图

其中是整个Mass框架的基础。先看里的代码文件

不看具体实现内容,就看这个代码的命名都能猜出这是一套ECS框架了。如果对Unity的ECS和UE的渲染框架比较熟悉的话,看到这套代码的结构会觉得非常熟悉和亲切。就对应的Unity的ECS的,这个实现和Unity的ECS非常像。而,又很像UE渲染线程的。

之前UE渲染管线效率非常高,很大的原因就是面向数据的设计,并且紧密结合利用起来多线程渲染的优势。现在在逻辑层也搭了一套这样的管线,就是为了让逻辑处理也能发挥出来UE5的性能优势。而且官方都把实机的演示成品给你玩了,我想你肯定可以感受到这非常优秀的运行效率了。

下面就具体来说说内部实现:

和Unity的ECS除了名字不同,实现完全一致。在mass里的名字是 ,只有两个成员变量Index和,一共占8字节。看到这样的结构,肯定知道有一个全局的大数组,这个Index就是数组下标,而序列号就是用来做数据校验的,可以说和原理是一样的。

这个大数组保存在中,如下图所示。

这个大数组的类型是,默认16K一个Chunk,每个元素类型是。16K是因为大部分CPU的L1都是16K的倍数。参考我之前一篇,有具体说:UE4/UE5的 – 知乎 ()

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内部有个智能指针,指向的实际数据结构是。除了Index外,还有个序列号,作用就是某个Index上的被删除后,再创建个新的,如果原来Index指向的和序列号不匹配,就可以明确指向的是老的而不是新的,这样就避免了只用Index标记导致的冲突问题。

结构:

可以看到,这个其实定义的是数据的,什么叫(原型)?可以简单这样理解,类就是对象的原型,结构体是结构体实例的原型,里的CDO是对应的原型,我们游戏要创建很多,这里就需要先有的原型定义,可以描述内存布局等信息。总之,创建前肯定需要原型信息。

在定义原型的时候需要下面这4种信息作为参数:

一般情况使用就好了,这个就是定义每个内部的数据结构,在传统的ECS里这个其实就是。而的不能有实际的成员变量,只是作为ECS执行时候的标记,可以认为是传统ECS里额外的过滤器标签,而UE里的过滤器叫做Query。是Chunk的额外内存数据,每个Chunk内共享一份。是共享的布局,相当于Unity的ECS中的共享。如果可以理解为的成员变量,那就可以理解为的成员变量,而可以理解为每个Chunk的成员变量,Chunk具体是什么接下来会说。这4种结构,在创建原型的时候都会分别记录下来。保存在中。

可以看到,这里提供了联合计算Hash的函数,也就是说通过这些原型,就可以得到一个唯一码。最终也会和一样保存到中

在初始化时,就会根据这个描述符来生成内存布局和相关变量,具体可以看::函数。这里也会解释清楚上面4种基类的区别。

其中es是每个的大小,是由()+每个子类的大小总和。而Tags本身不占大小,只保存在中。是多个同类型共享的,所以也保存在中,不占用内存。

实际的数据保存在的这个成员变量里

内部会一次创建一个固定64K大小的Chunk,给多个使用。

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为什么是64K,同样道理,因为大部分CPU的L2缓存是64K的倍数(Unity一个Chunk是16K),这里L1,L2都是CPU单核的独立缓存,所以都很快,如果到了L3因为涉及到多核共享,就会显著降速。所以根据本身的大小不同,每个Chunk可以容纳64K / 个。当删除掉其中一个时,内部的其他并不会移动,所以这个会在Chunk中空出来,这时如果再Add新的会复用这个空出来的内存,当删除掉Chunk中所有时,Chunk的内存会自动释放掉。整个数据结构实现,相当于是和的结合,因为UE没有自带这种泛型容器,所以这里就单独实现了。

在定义的时候,暴露给业务的其实是。就像一样。具体对应关系如下图所示:

这里要注意的一点是,中的Index,并不是中实际的下标,而是里的下标。这两个下标会通过中的一个Map做映射,如下图所示。中的Index是全局唯一的,而中的Index是在当前内唯一,多个中是会有相同的下标,所以需要这样一个映射才能确定实际的数据是什么。

关于实际的存储:

实际数据存储在中,具体大小在里。可以看到每个Chunk内还有一个的。这个就是前面说的每个Chunk一份的数据。

示例

上面这样描述对于不了解ECS的读者来说可能有些晕,下面用我具体写的这个例子说明更直观一些。我们先定义一下,这个就是的内部数据结构。这里我准备创建3种类型的,第一种内部数据是float的,第二种是int32的,第三种是float和int32组合在一起的。

具体创建和删除示例如下:

可以看到上图,在创建前,我先定义了原型,原型其实就相当于是在运行时定义数据结构,这里需要强调的是运行时,自己手写一个其实是在编译期定义数据结构,因为都是使用的,所以理论上可以使用蓝图定义的结构体。上图也可以看到,定义好了的后,也可以随时修改,相当于ECS的。

我这里分别创建了100个,200个,150个。实际创建的就是下面这样的数据,在第一次创建的时候是连续的,连续创建和删除有可能产生空洞。

注意上图只是个示意,实际会分到Chunk里。借用一下Unity的ECS老图,具体结构是下面这样,我就不自己画了,原理和Unity的ECS是完全一样的。

本章主要介绍了Mass内部的内存布局,后续章节会继续讲解具体操作。

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