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解構Unity的Script物件模型

Unity 是一個以 Mono 為基礎的遊戲開發環境,能同時支持三種腳本語言,包括 C#、Javascript 和 Boo (類似 Python)。

由於 Unity 的開發工具暫時只有 Mac 的版本,所以暫時未能測試。但是它有很詳細的文檔,看上來很易用,所以就從文字上學習它的 Script 使用方式。

跟據一些 Tutorial參考手冊,我用 Graphviz 畫了一個 (我認為) 最核心的 UML 類別圖:

unity1.png

從這個類別圖我們可以理解它的結構,及如何把一些常用功能映射至這系統裡,以下分節討論。

GameObject 和 Component

Unity 的執行環境裡,會有一個場境 (Scene)。這個場境包含一個 GameObject 物件的層階 (Hierarchy)。

這個 GameObject 類別只是一個包容器,本身沒有其他功能。使用者需要為 GameObject 加入各種 Component 物件來定義它的行為,而不是透過繼承 (inherit) GameObject 來加入 行為。

一個物件可擁有多個 Component 物件,但有一些 Component 類別只可以在一個 GameObject 中有一個實體 (instance)。

MonoBehavior

我最感興趣的,是使用者如何自行定義行為來做出不同的 Gameplay。在 Unity 中,程式員編寫的 Script,其實也是 Component 的一種,所有的 Script 都會繼承自 MonoBehavior 類別。以下是一個簡單例子:

var speed = 5.0;

function Update () {
    var x = Input.GetAxis("Horizontal") * Time.deltaTime * speed;
    var z = Input.GetAxis("Vertical") * Time.deltaTime * speed;
    transform.Translate(x, 0, z);
}

把這個 Script 加進一個 GameObject 的話 (成為該 GameObject 的一個 Component),Runtime 會在每幀呼叫 Update(),玩家就可以用上下左右鍵控制那個 GameObject 在水平方向移動。。

Transform

每個能在三維空間裡的 GameObject 都會有 Transform Component (未有詳細看是否有一些 GameObject 可以省郤 Transform,例如一個用來定義一個遊戲任務的 GameObject)。Transform 包括位置、旋轉及縮放。

之前的例子已用了 transform component,不過它其實是 Object 類別的一個 shortcut,這 shortcut 其實等同:

GetComponent(Transform).Translate(x, 0, z)

Component 的連結

在 Script Tutorial 裡的例子是寫一個 Follow 的行為,擁有這個 Component 的 GameObject 會自動追蹤 (面對著) 一個目標物件:

var target : Transform;

function Update () {
    transform.LookAt(target);
}

這個 Script 暴露了一個 target 變數 (應當作成員變數吧),使用者可以把其他物件的變數 assign 至這個變數。這 assignment 有兩種方法實現,其一是利用 Unity 的 GUI 工具把一個 Component 實體的變數 (如Transform) drag-and-drop 至這個 Component 實體的 target 變數,而另一個方法是寫代碼:

var newTarget = GameObject.Find("Cube").transform;
GetComponent(Follow).target = newTarget;

用代碼就可以這樣動態改變這些 Component 之間的聯結方式。或者另一個說法是,GUI 工具是可以設定起始的聯結,而 Script 可以在執行期改變這些聯結。

渲染

一個可被渲染的 GameObject 需要有以幾個 Components,以 Mesh 為例:

  1. MeshFilter: 用來找出現時的 Mesh 物件
  2. MeshRenderer: 用來渲染 Mesh 的 Component,會參考一個 material 物件

要注要 Mesh 和 Material 物件並非 Component,它們是繼承自 Object 的。但是你仍然可以去動態改變它們。但由於它們不是 Component ,所以可以被分享,例如多個 GameObject 的 MeshRenderer 都參考到同一個 Material。一個 Component 實體只屬於一個 GameObject (所以在 UML 中我用黑色鑽石表示 Composition)。

而 Light 和 Camera 則是 Component,這意未著可以簡單的設定聯結。

分析

Unity 的 Script 物件模型是以 Component 為基礎的。透過把 Component 實體加入 GameObject 實體來組合不同功能的物件,而 Component 實體之間可以建立聯結。

這種方式不需要透過繼承 (inheritance),而是透過聚合 (aggregation)加入物件的功能和行為。使用聚合的好處是不會產生複雜的繼承層階,亦可以動態改變聚合的結構 (例如在執行期加入或移除 Component)。

有一些細節我暫時未清楚,例如多個 Component 在一個 GameObject 中的執行次序如何設定;聯結會否有 cylic 的問題等等。可能要拿到軟件再試用才可以知道。

結語

Unity 的腳本系統給我的感覺是使用非常簡單。透過很少的代碼就能寫一些行為,甚至把行為組合到物件中。但是,通常容易的東西都會有相對的缺點,例如在效能上或是 Scalability 上。後者可能是一個很大的問題,當遊戲規模擴大,Component 和聯結就會變成一個很複雜的 graph,由於連結是發生於執行期 (而非靜態),可能要作改動會變得困難。換句話說,就是改幾十個類別容易,改它們的幾千個實體就會很困難。

軟件設計世界裡當然沒有銀子彈,每個方案都適合不同的情況。我認為 Unity 的一個設計目標是容易使用,就是像 Virtools 之流,可以給沒有程式底子的人做遊戲,相對來說做比較複雜的項目可能會遇到許多問題。但參考一下總可以給予對事物新的觀點,或分析另一個科案的強勁之處。

我在周末就會再研究其他遊戲工業上最強的引擎的腳本,例如 CryEngine2/Sandbox2 和 Unreal。

P.S. 好想快些寫代碼。又想寫 gameplay 又想玩 graphics。

Comments:1

ricky 09-01-13 (二) 13:54

關於 Component 在一個 GameObject 中的執行次序,不是按 component insert 的次序就行嗎? 那是 user 可自行控制的.

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