유니티 ECS & Job System 공부 목적용 저장소입니다.
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ECS(엔티티 컴포넌트 시스템) : ECS는 실제 해결해야 하는 문제, 즉 게임을 구성하는 데이터와 동작을 집중적으로 다루는 코드 작성 방식입니다. ECS를 사용하면 디자인 측면에서 더 나은 방식의 게임 프로그래밍이 가능할 뿐 아니라, Unity의 C# 잡 시스템과 버스트 컴파일러를 더욱 효과적으로 이용하여 최첨단 멀티코어 프로세서의 기능을 빠짐없이 활용할 수 있습니다. Unity는 ECS를 통해 오브젝트 중심의 디자인에서 데이터 중심의 디자인으로 이동하고자 합니다. 이러한 변화를 통해 사용자 간에 코드를 이해하고 작성에 참여하거나 코드를 재사용하기가 더욱 수월해질 것입니다.
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C# Joyb System(멀티 스레딩 활용 API) : 새로운 C# 잡 시스템은 간편하면서도 안전한 방식으로 멀티코어를 활용합니다. C# 스크립트를 활용하여 사용자가 빠르게 잡 코드를 작성할 수 있으므로 간편하며, 경합 조건과 같은 멀티스레딩의 일부 위험을 방지하므로 더욱 안전합니다.
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Burst Compiler(고도의 최적화 컴파일러) : 새로운 LLVM 기반의 연산 인식 백엔드 컴파일러 기술을 통해 C# 작업을 처리하고 고도로 최적화된 코드를 작성할 수 있습니다. 또한 ECS 기반의 코드라면 코드 수정을 크게 하지 않고 쉽게 적용할 수 있습니다.
- C# 코드를 최적화된 Native 코드로 변경
- IL2CPP와 비슷한 개념
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ECS & JobSystem & Burst Compolier 퍼포먼스
- 오브젝트를 만개 단위로 뿌려 FPS 30까지 얼마나 많은 오브젝트를 동시 실행할 수 있는지
| 작동 방식 | 오브젝트 개수 | 유튜브 영상 링크 |
|---|---|---|
| Classic | 18500개 | 링크 |
| Classic & Job System | 25000개 | 링크 |
| ECS & Job System | 96000개 | 링크 |
| ECS & Job System & Burst Compolier | 156000개 | 링크 |
- 출처 링크 - 유니티 홈페이지에 소개된 설명
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Unity 2018.01 버젼 이상 설치
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Unity - PlayerSetting - API Compatibility Level - .net 3.x -> .net 4.x로 변경
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Unity 2018버젼부터 생긴 Package Manager - ECS 설치
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Job System, Burst Compiler, IncrementalCompiler 설치
- Job System, Burst Compolier의 경우 ECS & Job System에서 사용하기 때문에 설치하며,
- IncrementalCompiler의 경우 ECS 코드에서 간혹 C# 7.0의 문법을 사용할 때 에러가 많은데, 이 Package가 해결해줍니다.
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Visual Studio 최신으로 설치 ( VS 버젼이 오래되었을 경우 Unity 컴파일러와 VS 컴파일러가 따로 구동되어 VS에서 ECS 관련 스크립트 작성 불가 )
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추천 개발 세팅 비디오
- Brackeys / New way of CODING in Unity! ECS Tutorial
- https://www.youtube.com/watch?v=_U9wRgQyy6s
- 데이터 지향 개발을 사용하기 때문에, CPU 캐쉬메모리와 멀티 쓰레딩에 친화적. ( 성능 UP )
- 개발이 진행됨에 따라 생기는 예기치 못한 기능 추가 및 변경에 대해 보다 빠르게 대처할 수 있음.
- 코드의 상호 의존성이 없어 코드를 재사용하기 용이.
- 위와 마찬가지로 상호 의존성이 없어, 전체적으로 코드가 짧아져 코드 분석 및 유지보수가 용이.
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기존 객체 지향 개발 방식 (OOP Object Oriented Develop) 을 버리고 새로운 설계방식 (DOP(Data Oriented Develop) - 데이터 지향 개발) 을 사용해야 하기 때문에, 학습 및 개발 비용이 생김.
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나온지 얼마 안된 기능으로, Research & Develop하기가 힘듦.
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Physics관련 기능을 ECS로 사용할 수 없음.
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디버깅 관련
- VS 디버그 - 중단점 기능을 지원하지 않음. ( 시도 시 VS 멈춤 & 유니티 응답 없음 )
- Classic처럼 게임을 중단하여 렌더링 된 오브젝트를 클릭 시 오브젝트를 선택할 수 없다. ( Entity Debug - Entity를 선택해야 한다. )
- Job System을 사용할 경우 멀티 스레딩 방식이기에 디버깅하기가 더 힘듦.
- 장단점은 결국 OOP와 DOP의 차이점이다.
- 모든 스크립트를 ECS 기반으로 설계하는 것은 비효율적.
- 대규모 오브젝트(성능을 요하는) 혹은 UI(재사용을 요하는)부분에만 ECS로 구현하는것이 좋음.
- 절차위주나 그 외 OCP(Open Close Principle, OOP - 개방 폐쇄의 원칙) 을 적용하기 용이한 경우 - 구체적으로 게임 규칙의 경우 기존의 MonoBehaviour & Scriptable Object 방식으로 구현하는 것이 좋음.
- 컴포넌트 데이터는 변수만 들고있는 데이터 단위입니다.
- 권장 명명 규칙은 ~Component 입니다.
- Ex) MoveComponent, PositionComponent, RotationComponent 등
// Pure ECS
[System.Serializable]
public struct ComponentData : IComponentData
{
public float fValue;
public int iValue;
}
// Hybrid ECS
public class ComponentData : MonoBehaviour
{
public float fValue;
public int iValue;
}- 컴포넌트 데이터를 가지고 있는 오브젝트입니다.
- 다수의 컴포넌트 데이터를 가질 수 있습니다.
- [Hybrid 기준] Unity에서 GameObject에 기본적으로 제공되는 GameObjectEntity를 GameObject에 Attach하여야 ECS가 정상 동작합니다.
- ComponentData를 다루는 Manager격의 오브젝트입니다.
- System의 호출 순서는 Attribute를 통해 언제든지 변경할 수 있습니다.
- 권장 명명 규칙은 ~System 입니다.
- Ex) MoveSystem, PositionSystem, RotationSystem 등
- ECS의 System을 다루는 프로그램에서 한개밖에 없는 오브젝트입니다.
- 프로그램을 시작하면 Default World가 자동으로 생성됩니다.
- 만약에 특정 System을 얻고싶으면 World를 통해 얻을 수 있습니다.
- System 내부 Struct를 말하며, 말 그대로 선언한 타입으로 Entity를 걸러냅니다.
- GetEntities를 통해 Entity를 얻는 경우 Filter, [Inject]를 통해 상시 얻는 경우 Data라 명명하기도 합니다.
- Infallible Code - ECS Tutorial 비디오 내 코드 중
- 권장 명명 규칙은 Filter, 혹은 Data 입니다.
- ECS만으로는 Public 변수를 Inspector에 노출하여 사용자의 요구사항에 맞춰 설정할 수 없습니다.
- 그래서 이 역할을 하는 Monobehaviour 기반의 단순히 변수만을 들고있다가 ECS에 설정하는 스크립트를 Bootstrap이라 합니다.
- 권장 명명 규칙은 ~Bootstrap 입니다.
- Ex) TimeScaleBootstrap
- Filter 역할을 하는 Struct에 Array와 readonly int형 Length를 선언하면, Unity가 리플렉션을 통해 그에 맞는 길이를 변수에 넣습니다. int형 lengt 같이 유사하게 선언할 경우 작동하지 않습니다.
- 또한 선언한 ComponentArray 타입별로 논리연산 And 조건을 체크하여 Inject Attribute를 선언할 경우 자동으로 할당합니다.
- 동적으로 Create, Destroy Entity를 할 경우에도 갱신됩니다.
private struct Filter
{
public int Length; // 이 필드는 자동으로 할당됩니다. - 옛날 버젼
public readonly int Length; // 이 필드는 자동으로 할당됩니다. - 최신 버젼
public ComponentArray<SomthingComponent> SomthingComponents
}- Component Array를 2가지 이상 선언한 경우, 2가지가 모두 들어있는 것만 필터링됩니다.
// A 혹은 B만 있는 경우 Filter에 포함이 안됩니다.
private struct Filter
{
public readonly int Length; // A와 B 두개 다 들어있는 엔티티의 개수가 할당
public ComponentArray<SomthingComponent_A> SomthingComponents_A;
public ComponentArray<SomthingComponent_B> SomthingComponents_B;
}using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using Unity.Entities;
using UnityEngine;
public class Rotater : MonoBehaviour
{
public float fSpeed;
}
class RotaterSystem : ComponentSystem
{
struct Components
{
public Rotater rotater;
public Transform transform;
}
protected override void OnUpdate()
{
float fDeltaTime = Time.deltaTime;
foreach (var e in GetEntities<Components>())
{
e.transform.Rotate(0f, e.rotater.fSpeed * fDeltaTime, 0f);
}
}
}- Filter에 추가할 경우, 조건을 만족시킨 Entity를 Array에 할당합니다.
private struct Filter
{
public readonly int Length; // A가 있는 엔티티 개수만 할당
public EntityArray Entities; // A가 있는 엔티티 Instsance를 할당
public SubtractiveComponent<SomthingComponent_A> SomthingComponent;
}- Filter에 추가할 경우, 이 ComponentData가 있는 엔티티를 할당하지 않습니다.
private struct Filter
{
public readonly int Length; // A가 있으면서 B는 없는 엔티티의 개수만 할당
public ComponentArray<SomthingComponent_A> SomthingComponent_A;
public SubtractiveComponent<SomthingComponent_B> SomthingComponent_B;
}Job System은 유니티에서 제공하는 멀티 스레딩 API입니다. 반드시 ECS를 써야 JobSystem을 쓰는게 아니지만, ECS의 구조면 Job System API를 사용하기 편합니다.
ECS의 System에서 Job System을 사용하고 싶으면 이 클래스를 상속받아야 합니다.
public void Excute(int index);- 반복문을 사용할 때 사용하는 Job입니다.
- Job이 동작하는 중에 ( 멀티 스레드 환경에서 ) Add, Delete, Modify을 Thread-Safe하게 사용할 수 있는 버퍼(Queue)입니다.
- 다른 스레드에서 메인 스레드로 요청하는 메시지 큐를 생성하는 시스템입니다.
- Create / Destroy Entity, Add / Set / Remove Component Data 등을 요청합니다.
Burst Compiler를 사용하려면 Unity.Matmathics 네임스페이스에 있는 함수만 사용 해야 하며, 참조타입이 아닌 값형의 데이터만 처리 가능합니다.
비디오를 시청 후 번호 순서대로 보시는 것을 추천합니다.
- 유니티에서 제작한 ECS Sample 예제이며, 항상 최신버젼으로 업데이트됩니다.
- 유니티에서 소개하는 C# Job System Sample 예제입니다.
- 어떤 개발자가 제작한 Pure ECS Style Roll a Ball 예제입니다.
번호 순서대로 보시는 것을 추천합니다.
- 유니티에서 ECS & Job System에 대해 개요부터 Classic ~ ECS & Job System 퍼포먼스 체크까지 설명합니다.
- 7~11여분 길이의 비디오가 총 5편으로, 코드보단 왜 ECS를 사용해야 하는지에 대해 초점이 맞춰져 있습니다.
- 유니티 및 개발 전문 방송 Brackeys에서 설명하는 ECS 튜토리얼입니다.
- 10분정도 길이이며, Hybrid ECS만 간단하게 설명합니다.
- 유니티 및 개발 전문 방송 Infallible Code에서 설명하는 ECS 튜토리얼 입니다.
- 10여분 정도 길이의 비디오가 총 7편으로, Hybrid ~ Pure ECS, Job System까지 슈팅게임 제작 기준으로 설명합니다.
- 유니티 ECS를 작업하면서 생기는 노하우 혹은 주의사항을 모아놓은 글입니다.
- 내용이 상당히 세부적이며 많습니다.
- https://gametorrahod.com/all-of-the-unitys-ecs-job-system-gotchas-so-far-6ca80d82d19f
- 유니티 공식 Burst 컴파일러 메뉴얼 중 유저 가이드입니다.
- 위 문서에 Burst Compiler에 대해 따로 기입하지 않는 이유는 이 링크만 보셔도 무방하기 때문입니다.
- https://docs.unity3d.com/Packages/[email protected]/manual/index.html