如何在ECS框架中更新组件数据和通知系统

How to update component data and inform systems in ECS framework?

本文关键字：数据 组件 通知 系统 更新 ECS 框架      更新时间：2023-10-16

我正在用ECS框架开发自己的游戏引擎。这是我使用的ECS框架：

  • 实体：只是一个连接其组件的ID
  • 组件：一个存储纯数据的结构，根本没有方法(所以我可以写.xsd来描述组件并自动生成C++结构代码)
  • 系统：处理游戏逻辑
  • EventDispacher:将事件分派给订阅者(系统)

但我很困惑系统应该如何更新组件的成员并通知其他系统？例如，我有一个像这样的TransformComponent：

struct TransformComponent
{
Vec3 m_Position;
Float m_fScale;
Quaternion m_Quaternion;
};

显然，如果可渲染实体的TransformComponent的任何成员发生更改，RenderSystem也应在渲染下一帧之前更新着色器统一的"worldMatrix"。那么，如果我在系统中执行"comp->m_Position=…"，RenderSystem应该如何"注意到"TransformComponent的更改？我提出了3个解决方案：

  1. 更新成员后发送UpdateEvent，并在相关系统中处理该事件。这很难看，因为一旦系统修改组件数据，它就必须发送这样的事件：

    {
...;
TransformComponent* comp = componentManager.GetComponent<TransformComponent>(entityId);
comp->m_Position = ...;
comp->m_Quaternion = ...;
eventDispatcher.Send<TransformUpdateEvent>(...);
...;
}

  2. 使成员私有，并为每个组件类编写一个具有set/get方法的相关系统(在set方法中包装事件发送)。这将带来许多繁琐的代码。

  3. 不要更改任何内容，但添加"可移动"组件。RenderSystem将使用update()方法中的"Movable"组件迭代更新可渲染实体。这可能无法解决其他类似的问题，我也不确定性能。

我想不出一个优雅的方法来解决这个问题。我应该改变我的设计吗？

我认为在这种情况下，最简单的方法将是最好的：您可以在读取/写入Transform组件的组件中保留一个指向该组件的指针

我不认为使用事件(或其他间接方式，如观察者)可以解决这里的任何实际问题。

  1. Transform组件非常简单，在开发过程中不会改变。对它的抽象访问实际上会使代码变得更加复杂和难以维护。

  2. Transform是一个会为许多对象频繁更改的组件，甚至可能您的大多数对象都会在每帧更新它。每次发生更改都要发送事件，这可能比简单地将矩阵/向量/四元数从一个位置复制到另一个位置要高得多。

  3. 我认为使用事件或其他抽象不会解决其他问题，比如多个组件更新同一个Transform组件，或者组件使用过时的转换数据。

  4. 通常，渲染器只在每帧复制渲染对象的所有矩阵。在渲染系统中缓存它们是没有意义的。

经常使用Transform等组件。在发动机的许多不同部分，使它们过于复杂可能是一个问题，而使用最简单的解决方案，指针，会给你更大的自由度。

BTW，还有一种非常简单的方法可以确保RenderComponent在更新后(例如通过PhysicsComponent)将读取转换-您可以将工作分为两个步骤：

  1. Update()，其中系统可以修改组件，以及

  2. PostUpdate()，其中系统只能从组件读取数据

例如，PhysicsSystem::Update()可以将转换数据复制到相应的TransformComponent组件，然后RenderSystem::PostUpdate()可以直接从TransformComponent读取，而不会有使用过时数据的风险。

我认为这里有很多事情需要考虑。我将分为几部分，先讨论你们的要求。

  1. 关于您的解决方案1。考虑一下，您可以对布尔值执行同样的操作，或者指定一个充当标记的空组件。很多时候，在ECS中使用事件会使您的系统架构过于复杂。至少，我倾向于避免它，特别是在较小的项目中。请记住，充当标记的组件基本上可以被认为是一个事件。

  2. 您的解决方案2遵循了我们在1中讨论的内容。但它揭示了这种通用方法的一个问题。如果您在多个系统中更新TransformComponent，则在上一个系统更新之前，您无法知道TransformComponent是否真的发生了更改，因为一个系统可能会将其向一个方向移动，而另一个系统则可能会将它向后移动，使其与勾选开始时一样。你可以通过在一个系统中只更新一次TransformComponent来解决这个问题。。。

  3. 这看起来像你的解决方案3。但也许相反。您可以在多个系统中更新MovableComponent，稍后在您的ECS管道中，拥有一个系统，读取您的MovableComponent并写入您的TransformComponent。在这种情况下，重要的是只有一个系统可以在TransformComponents上进行写入。在那个时候，有一个布尔值来指示它是否被移动，这将完美地完成任务。

在此之前，我们一直在用性能(因为在TransformComponent没有更改的情况下，我们避免了在RenderSystem上进行一些处理)换取内存(因为我们正在以某种方式复制TransformComponent的内容。

  • 另一种不必添加事件、布尔值或组件的方法是在RenderSystem中执行所有操作。基本上，在每个RenderComponent中，您可以保留上次更新TransformComponent的副本(或哈希)，然后对其进行比较。如果不相同，请渲染它，然后更新副本
// In your RenderSystem...
if (renderComponent.lastTransformUpdate == transformComponent) {
continue;
}
renderComponent.lastTransformUpdate = transformComponent;
render(renderComponent);

最后一个是我的首选解决方案。但这也取决于你的系统的特点和你关心的问题。和往常一样，不要盲目地选择性能。先测量，然后比较。

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