Highstreet Market 如何利用 ECS 为 Unity 扩展 VR MMO

Highstreet:Calamity 是 Highstreet Market 下一代 MMORPG 的城市规模切片。团队将其发布给玩家社区，以测试核心功能，如战斗和进展。

在这个阶段，团队专注于扩展多人游戏体验。在开发过程中，他们遇到了技术瓶颈，但通过仔细的分析和迭代，他们识别并解决了根本问题。他们是如何做到的。

Highstreet：Calamity：Unity 案例分析

一个工作室如何在克服技术挑战的同时扩展多人开发？

当他们开始建立网络游戏时，团队面临两个主要挑战：计算和渲染效率低下。

“在计算方面，我们最大的挑战是高效处理计算。这对于我们的服务器尤其如此，它负责模拟世界，”Highstreet的首席技术官Jack Qiao说。“随着我们增加更多玩家和网络实体，服务器在高效处理所有这些内容时遇到了困难。”

在渲染方面，构建大型沉浸式VR世界是困难的。“VR要求一个引人入胜的环境，里面有许多物体和兴趣点供玩家探索，”Qiao解释道。“但是独立的VR硬件与现代PC GPU相比，GPU性能有限，这限制了我们可以渲染的内容。”

为了保持质量，团队仔细设计场景，使其从各个角度看起来都不错，同时平衡VR固有的性能限制。

结果

在最优化的游戏区域达到72帧每秒

将可脚本渲染管线（SRP）的绘制调用数量从80减少到5

将单个网格中的三角形数量从200万减少到50万

采用ECS用于Unity以提高网络效率

团队首先在Mirror的传输层上构建了一个自定义服务器，以处理数据流和游戏逻辑。“当时，大多数网络工具是为休闲移动游戏设计的，而不是大型MMO，因此我们不得不创建自己的工具，”Highstreet的首席技术架构师Omar Sleam说。

当Unity推出了为性能和大规模游戏构建的生产就绪框架Netcode for Entities时，团队看到了转向Unity的实体组件系统（ECS）和Netcode for Entities的机会。该框架以可扩展性为设计理念，引入了分块，将复杂的游戏数据分解为更小、更易管理的单元——这是团队认为对他们的MMO至关重要的。

“使用Netcode for Entities，数据仅发送给范围内的玩家，而不是广播给整个服务器，”Sleam解释道。“它也是多线程的，这使得服务器操作更加高效。”

除了网络，团队还开发了一个完全基于ECS的行为树系统用于Unity。之前的迭代使得实现通用功能变得困难——特别是与流程控制相关的功能。基于Unity的自定义ECS行为树解决了这一限制，提供了灵活、可重用的工具，而不影响性能。

团队设计了系统，以便在网络环境中无缝运行，灵活地在服务器、客户端或两者上运行行为树。这使他们能够将非关键行为卸载到客户端，提高性能，同时保持核心游戏逻辑的集中控制。

为了管理游戏的基于会话的结构，团队依赖于Unity的多人服务生态系统。Multiplay托管启用了动态服务器分配，这对于游戏的基于会话的特性非常理想。“自动化减少了我们的DevOps负担，让我们专注于构建游戏本身，”Sleam说。Matchmaker用于根据设置和位置等各种因素对玩家进行分组，帮助确保平衡和低延迟的比赛。

Unity Lobby为派对系统提供支持，以便玩家在加入游戏会话之前可以形成和管理小组。Friends与Lobby集成，以在不同服务器之间维护派对，使玩家能够保持连接，最小化实现工作量，而无需自定义后端。

这些工具共同提供了一个完整的多人游戏基础架构——涵盖托管、匹配、派对管理和社交系统——同时保持实现轻量、可扩展，并优化高性能游戏玩法。

通过ECS for Unity改善模块化

虽然团队在从基于GameObject的设计过渡到ECS for Unity时经历了陡峭的学习曲线，但一旦他们上手，生产力显著提高。

“ECS for Unity减少了很多开销——部分是由于其架构，部分是因为我们转向了自上而下的设计方法，”Qiao说。“与GameObjects不同，GameObjects通常会导致重复逻辑，除非经过仔细架构，ECS for Unity强制执行模块化、基于组件的设计。这自然促进了更清晰、更易维护的系统。”

团队分享了使用ECS for Unity的最大好处之一是处理游戏设计更改的容易程度。“在旧系统中，更改通常需要修改多个MonoBehaviour脚本。使用ECS for Unity，许多更改可以通过简单地添加或删除组件来完成，因为行为由与这些组件链接的系统驱动，”Qiao说。“总体而言，ECS for Unity的可修改性和可扩展性大大提高，使我们的开发流程更加高效。”

团队还解决了游戏架构方面的一个重大挑战。与传统软件不同，游戏逻辑不仅依赖于代码，还依赖于代码的位置。例如，将旋转脚本附加到汽车轮子上可以模拟运动，但将相同的脚本应用于天空盒可以驱动昼夜循环。这种空间和层次依赖性意味着团队需要一种方法来构建系统，不仅在代码中，还在放置和层次方面。

为了解决这个问题，团队中的软件架构师Mohamed Hamdy设计了一种基于图形的ECS方法用于Unity。这种方法允许团队以可视化、模块化的方式设计实体、组件、作者和系统，同时定义它们的放置和设置。通过这样做，小的可重用代码块可以根据应用的位置实现非常不同的目的。

该系统后来扩展到不仅集成Unity的ECS实体，还集成MonoBehaviours、GameObjects、行为树和Unity的行为图。通过结合Lucidchart图表和Excel表格，团队以清晰高效的方式绘制和验证了整个游戏的架构。展望未来，他们计划构建一个专用的Unity工具，使这种架构方法在编辑器中完全可见，并能够与实际实现进行验证。

使用混合架构系统

在从自定义服务器迁移后，团队最初采用了完整的ECS for Unity物理方法。他们选择这种方法是因为其高效的数据处理和可扩展性，特别是在服务器端，但也因为某些CPU端的渲染优化。

“一个关键优势是在处理皮肤网格动画时通过顶点动画，ECS for Unity可以比传统的基于骨骼的系统更高效地处理，”高街市场的技术艺术家Alwin Joshy说。“然而，在VR中，CPU和GPU都受到限制，为了充分利用基于ECS for Unity的动画，我们首先需要减少场景复杂性以释放资源。”

由于游戏的复杂动画，他们的工作流程演变为一个混合系统，将ECS for Unity与通过实体组件系统（ECS）的MonoBehaviours结合起来。

为了在屏幕上可视化多个角色，他们将一些处理卸载到GPU上。由于显然CPU会因网络和游戏循环的逻辑方面而过载——他们采用了Rukhanka动画系统。

“对于物理，我们在主要物理世界上构建了一切，实时同步服务器和客户端之间的所有物理实体，”Sleam解释道。“起初这很复杂，因为服务器同步了每个物理实体。然后我们探索了多个物理世界，并面临在ECS for Unity中继续使用本地物理计算器或在MonoBehaviour中进行本地物理的选择。”

MonoBehaviour允许与第三方VR工具如Hurricane和Freehand集成，这些工具能够实现逼真的物理交互，例如按按钮或确保手不会穿过墙壁。另一方面，ECS for Unity要求团队从头开始构建这些系统，因为在商店中没有像MonoBehaviour那样现成的第三方工具。

“最后，我们使用MonoBehaviour进行客户端VR交互，如手部碰撞，以确保响应性和沉浸感，”Sleam说。“与此同时，服务器端物理处理关键的游戏交互——例如击中怪物——以进行验证。”

这种混合方法在沉浸感与安全性之间取得平衡，在服务器上运行游戏关键的碰撞检测以防止作弊，同时在客户端管理本地的、较不关键的交互。

减少绘制调用以实现稳定的VR性能

虽然ECS for Unity和Rukhanka为规模提供了可能性——例如支持数千个动画角色——但团队在VR中的最大挑战之一是性能优化，尤其是在紧张的CPU/GPU限制下。

“与传统游戏不同，VR完全消耗CPU和GPU，”Joshy解释道。“除非场景高度优化，否则卸载并不总是一个选项。”

在构建项目后，他们首先使用Meta Quest上的OVR stat工具进行初步性能检查，以识别重负载区域或帧下降。然后，他们创建开发版本，并将Meta Quest连接到Unity Profiler，以分析CPU-GPU数据传输、纹理内存使用、渲染层次结构和绘制时机。

“为了提高性能，我们最近专注于通过手动控制渲染来减少绘制调用的中断。光照是一个主要挑战——虽然我们最初使用卡通风格压缩烘焙光照贴图以减少大小，但混合光照贴图和非光照贴图对象导致了着色器变体问题，”Joshy说。“为了解决这个问题，我们完全放弃了光照贴图，采用了完全环境光照的卡通着色器。这使我们在性能上更加一致，并更好地控制渲染。”

团队还使用了具有阶梯衰减的聚光灯，并保持其着色器变体最小化——仅为不透明和透明剪辑使用一个单一的卡通着色器，可能还有草地。他们手动控制绘制顺序：不透明对象在第1层，透明对象在第2层，剪辑对象在第3层。这有助于通过保持批处理一致性来减少绘制调用的中断。

“为了捕捉分割绘制调用的隐藏问题，我们在很大程度上依赖Unity帧调试器来验证批处理和绘制顺序，”Joshy继续说道。“GPU分析也是我们优化渲染和减少绘制调用开销的主要工具之一。”

平衡灵活性和性能

随着团队规模的扩大，他们遇到了渲染挑战，特别是在进行战斗的竞技场场景中。

“我们的目标是在像Meta Quest 2这样的设备上保持72帧每秒，但即使三角形数量低于500,000，我们也遇到了性能问题，”Joshy说。

他们正在使用SRP批处理器来减少GPU着色器切换，但在独立VR中，GPU的限制比PC上要严格得多。“我们发现即使是有两百万个三角形的场景也能流畅渲染——如果它是一个单一的网格，只有一个材料。但我们游戏的开放、垂直环境使得这种简化变得不切实际，”Joshy说。

为了提高性能，团队专注于通过以下方式最小化绘制调用：

艺术团队的自定义网格烘焙

将资产分组为子网格，以平衡批处理与材料灵活性

将世界分块并生成块级LOD，而不是每个资产

使用ECS流式传输块，以便与Unity兼容的系统

仅使用LOD系统帮助将场景从约两百万个三角形减少到500,000。

这种方法牺牲了一些灵活性，并增加了艺术家的工作量，但考虑到硬件限制是必要的——尤其是在像Meta Quest 2这样的设备上，开发者无法升级GPU。

“最终，将绘制调用从80减少到5是我们最大的胜利，”Joshy说。“我们正在围绕这一点重组内容和工作流程——即使这限制了材料的多样性——因为这是在当前硬件上实现稳定VR性能的最可行路径。”

以智能的方式进行缩放

随着团队开发他们的VR MMORPG，他们继续关注他们认为最关键的考虑因素——从架构和图形的角度进行缩放。

“如果你从第一天就瞄准大规模MMO，你将需要ECS for Unity来处理高实体数量和并发网络。”如果你一开始没有非常详细的愿景，逐步缩放也能很好地工作，”Qiao说。“我们最初采取了“0到100”的方法，早期优化以达到峰值规模。事后看来，我们过早地构建了基础设施，消耗了本可以用于游戏玩法和内容的资源。”

从图形的角度来看，团队意识到VR的优缺点。“有机的、柔软的网格消耗大量计算资源，并且在VR中表现不佳。我们的游戏使用了带有有机元素的卡通风格，这限制了我们在角色或环境设计等其他领域的图形预算，”Qiao说。

总体而言，团队建议选择更干净、低细节的技术风格环境，以最大化VR游戏的性能。“通过更干净的场景设计和世界构建，你将能够拥有更多的图形，以及用于角色设计和结构设计等其他事物的资源和图形预算。以性能为导向进行设计是关键，”Qiao说。

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