DOTS betreibt die futuristische Megacity auf Mobilgeräten

Nordeus – Eine Unity-Entwickler-Fallstudie

What inspires wow-factor demos like Megacity at Unity community events? Are they just eye-candy or are there real benefits for Unity developers? Belgrade-based Nordeus has been a featured studio at many Unite developer conferences, demoing work drawn from their hit games. But their cutting-edge clips aren’t about showing off – they’re about demonstrating new Unity capabilities that will dramatically change what you can achieve both creatively and programmatically.

  • The project

    Regelmäßige Demonstration der neuesten Entwicklung unserer „Leistung als Standard“ / DOTS-Initiative

  • The goal

    Verbesserung der Leistung von Multithread-Code für alle Unity-Entwickler

  • Platforms

    Android, iOS, PC

  • Teammitglieder

    3 für Megacity, 20 für Kampf-Demo

  • Standort

    Belgrad, Serbien

Datenorientiertes DOTS-Coding bringt Megacity schnell auf Mobilgeräte

With CPUs trending towards more and more cores, high-performance multithreading is an essential feature of any modern computing engine. The Unity solution to multiple cores and threads is the Data-Oriented Technology Stack (DOTS), an umbrella term for the Entity Component System (ECS), the C# Job System, and the Burst Compiler.

Consistently wowing Unite audiences from Los Angeles to Berlin, Nordeus has demonstrated the benefits of these and other Unity features such as the Lightweight Render Pipeline (LWRP) and nested Prefabs.

The results:

  • Easy-to-write and efficient multithreaded code
  • Optimized rendering for lower-performance platforms like mobile
  • Faster QA with substantially fewer integration bugs
Der Einsatz von DOTS bei einem Hackathon

Ein äußerst kreatives und internationales Team

Founded in 2010 by ex-Microsoft engineers Branko Milutinovic, Milan Jovovic, and Ivan Stojisavljevic, Nordeus first published Top Eleven – Be a Soccer Manager (“Football” outside the US), a freemium team-management game. It was enormously successful on Facebook, becoming profitable in three weeks, and was ported to Android and iOS in 2011. Since then, the company has published Golden Boot on iOS and Android, has Heroic: Magic Duel in soft launch, and numerous other games in development stages.

Nordeus has drawn talent from 22 countries to its headquarters in Belgrade, a locale extraordinarily rich in culture and history. They’re routinely cited as a top workplace in Europe and are known as generous contributors to a number of philanthropic organizations.

Two of their top software engineers are Belgrade locals: Jozef Oros and Srdja Stetic-Kozic, who work in the Nordeus Central Tech team with eight others. They are responsible for fostering the tools and techniques used in all Nordeus games, and as Srdja notes, “All of our games are made in Unity.”

Der Einsatz von DOTS bei einem Hackathon

“As soon as we heard about DOTS, we contacted Unity to try it out and see if we could collaborate,” said Jozef. “We always want to give our players the best possible user experience, and smooth gameplay is a big part of that. Naturally, we’re especially interested in anything that can help our games run faster.”

The collaboration started with a meeting in Belgrade between the Unity and Nordeus CTOs. Nordeus welcomed help in getting familiar with the new technologies, and Unity wanted a real-world application that would test DOTS to its limits. Srdja added, “We also wanted to make something cool and epic to be showcased by Joachim Ante (a Unity co-founder). So for Unite Austin (2017), we thought ‘let's take a Heroic: Magic Duel battle, supersize it to 100K units, and then blow them all up!’ It was super exciting for us.”

Jozef and Srdja were the first DOTS users at Nordeus. They estimate having spent 90% of their time writing gameplay systems, in particular for rendering, unit movement, and logic. Jozef said, “Unity’s DOTS lets us make some really cool spells that explode at scale – effects that we knew would blow the audience’s minds.”

The team completed the Nordeus Battle Demo for Unite Austin in two months, with the first four weeks devoted to programming and prototyping. They spent one of those weeks in Copenhagen with a Unity team, working together hackathon-style in one room. “Sitting with Joe and his team was an awesome experience. We learned, direct from the source, a tremendous amount about ECS, the C# Job System, the Burst Compiler, and data-oriented programming in general,” Jozef added.

Ein Abschied von objektorientiertem Programmieren

Der Schritt hin zu datenorientierter Programmierung ist ein signifikanter Wechsel, der am Anfang beängstigend wirken kann. Doch laut Srdja ist „DOTS eine ganz andere Denkweise, aber nach einer oder zwei Wochen hat es endlich Klick gemacht und dann waren wir in der Lage, viel besseren Code zu schreiben. Und wenn wir alten Code integrieren mussten, konnten wir das dank ECS ganz einfach tun.“

Ein integraler Bestandteil von DOTS ist das C#-Jobsystem, das thread-sicheren Code schreibt, Race Conditions verwaltet (also Threads, die in unerwarteter Reihenfolge ablaufen und so unerwartete Resultate verursachen können) und Kontextwechsel optimiert, um mehrere Kerne zu nahezu 100 % zu nutzen. Ein weiterer Bestandteil ist der Burst Compiler, eine LLVM-basierte, mathematisch orientierte Compiler-Technologie, die C#-Jobs übernimmt und hochoptimierten Maschinencode für die besonderen Fähigkeiten der Zielplattform produziert.

Joachim Ante meint dazu: „Unser Burst Compiler versteht Mathematik und Geometrie auf einer tieferen Ebene und kann mathematische Optimierungen durchführen, die andere Compiler einfach nicht schaffen. Er vektorisiert automatisch C#-Code und generiert diese vektorisierten Instruktionen für eine bestimmte Zielplattform. Als Resultat kann der Code dann viel, viel schneller laufen.“ Der Burst Compiler eliminiert außerdem eine erhebliche Anzahl an Integrationsfehlern, die normalerweise während der QA ausgemerzt werden müssten.

Den Kampf um Megacity gewinnen

The Battle Demo shown at Unite Austin used components from Heroic: Magic Duel. The Nordeus team applied its DOTS expertise primarily on dynamic gameplay elements, with huge numbers of animated units on a limited-size terrain.

This paved the way for its next challenge, as Nordeus took on Megacity, which is a big, open world with 4.5 million objects that need to be rendered, culled, and loaded, 5,000 flying cars needing to be simulated, and 100,000 audio sources that had to be played simultaneously. And all of this needs to work on mobile as well as PC. Jozef said, “For Megacity, Unity’s DOTS was used for everything, like new rendering and animation techniques, UI systems, and even audio. We can use all of this in our existing games, as well as those in development.”

Dank LWRP kommt eine Metropole auf Mobilgeräte

Joachim Ante’s keynote address at Unite LA 2018 included an astonishingly complex live demo from Megacity. The demo contains 4.5M mesh renderers, 5,000 dynamic vehicles and 200,000 unique building objects. The vehicles fly on spline-based traffic lanes, never colliding, and there are 100,000 unique audio sources, including neon signs, air-conditioning fans, and cars producing unique sounds to form a rich, realistic audioscape. And it all runs smoothly on smartphones.

“For the Megacity demo, we wanted to show our complex graphics on a mobile version with a very fast frame rate. We used LWRP plus a few custom shader tweaks to make it resemble the PC version as much as possible,” said Jozef. Srdja added, “When you are working on a game that is supposed to stretch the limits of PCs, and then you decide to port it to mobile later, you usually have to rework large parts of it due to performance limitations of mobile platforms. This was not the case with Megacity. DOTS enabled us to use the exact same code running gameplay logic and rendering on a PC and seamlessly scale it down to mobile platforms.”

The Unity Lightweight Render Pipeline optimizes real-time performance on mobile devices by making tradeoffs with lighting and shading. It performs single-pass forward-rendering with one real-time shadow light and light culling per-object (with all lights shaded) in a single pass, minimizing draw calls.

Geschachtelte Prefabs und ein Abtauchen in DOTS

„Die Megacity-Demo war auch unsere erste Begegnung mit dem neuen geschachtelten Prefabs-System von Unity, und unsere Künstler haben es wirklich geliebt,“ behauptet Jozef. Mit geschachtelten Prefabs kann ein großes Gebäude zum Beispiel aus vielen Raum-Prefabs bestehen, die wiederum aus vielen Möbel-Prefabs bestehen können, und so weiter. Entwickler können die Prefabs für höhere Effizienz in mehrere Einheiten aufteilen, alle großen oder kleinen Inhalten erneut verwenden, und an verschiedenen Teilen des Inhalts simultan arbeiten.

Der Produktplan von Nordeus ist ambitioniert und sieht einen vollständigen Einsatz von Unity und die DOTS-Herangehensweise ans Coding vor. Wie Srdja sagt: „Wenn Sie darüber nachdenken, Unity DOTS selbst anzuwenden, dann zögern Sie nicht. Und haben Sie keine Angst davor, einiges altes Wissen über objektorientiertes Programmieren wieder zu verlernen!“

Srdja Stetic-Kozic, Senior Software Engineer

„DOTS ist eine komplett andere Denkweise, aber innerhalb von ein oder zwei Wochen hat es endlich Klick gemacht und dann waren wir in der Lage, viel besseren Code zu schreiben. Und wenn wir alten Code integrieren mussten, dann konnten wir das dank ECS ganz einfach tun.“

Srdja Stetic-Kozic, Senior Software Engineer
Jozef Oros, Software Engineer

„Sobald wir von DOTS gehört hatten, haben wir Unity kontaktiert, damit wir es ausprobieren und vielleicht zusammenarbeiten können“, sagt Jozef. „Wir möchten unseren Spielern stets die bestmögliche Nutzererfahrung bieten, und reibungsloses Gameplay ist ein großer Teil davon. Natürlich sind wir besonders an allem interessiert, das unsere Spiele dabei unterstützt, schneller zu laufen.“

Jozef Oros, Software Engineer

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