2 - 游戏模式

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腾讯2024游戏客户端公开课笔记，UE的游戏模式部分。

游戏模式

概念

游戏模式就是 在游戏世界里组织数据和运作规则的方式，例如决定游戏玩家数、决定游戏是否允许暂停、设置游戏暂停时的处理等。

UE游戏模式框架

万物之源 UObject

如图，UObject类是UE框架的万物之源，它赋予自身和子类各种各样的功能，包括元数据、反射生成、GC、序列化等。此外也提供了一些通用的属性和接口。

物体的表达 Actor + ActorComponent

UE使用EC架构（Entity-Component Framework）来表达一个物体，通过给物体（Actor）附加多种组件（Component），来让它拥有相应的能力。例如SceneComponent就包含了这个物体的3D变换信息。

世界的表达 UWorld + ULevel

UE用UWorld来表达游戏世界，包括实际游戏中的GameWorld，编辑器中的PIEWorld，Debug预览用的PreviewWorld等。UWorld类中又包含若干关卡ULevel，通常是一个主关卡PersistentLevel和若干子关卡SubLevel。

UE使用LevelStreaming技术来流式异步加载关卡，关卡加载的逻辑主要有下面3种：

  1. UE5新增的WorldPartition；

  2. WorldComposition：

  3. LoadByLogic；

为了加快加载效率以及避免消耗非必要资源，可以通过 “LevelBounds + StreamingDistance分层” 技术来设置关卡大小和加载距离。

此外，还能通过 关卡蓝图 LevelScriptActor 来定义关卡的规则。

世界之上 UGameInstance + UEngine

管理世界和关卡的是UGameInstance类和UEngine类，它俩的职责如下：

  • UGameInstance负责管理世界和关卡，它的信息存在于整个游戏的生命周期，不随着地图的切换而销毁。它非常适合管理全局的非业务逻辑，例如全局的UI、设置、一些预加载等。
  • UEngine则负责管理UGameInstance，它通过一些方法来管理游戏中重要的流程，例如地图加载等。

UE游戏世界的加载流程如下：

  1. UGameEngine::Init：设置并创建本地玩家；
  2. UGameEngine::start：开始游戏实例UGameInstance，同时让UEngine加载世界。
  3. UEngine::LoadMap：首先通过LoadPackage让UWorld和ULevel进行后加载，然后开始设置游戏实例并初始化世界，接着进行游戏模式的设置和关卡流式加载，最后初始化供游玩的Actor，以及初始化玩家的Actor。

游戏模式中的重要对象

AActor

基础概念

AActor类是游戏中最重要的实体，它提供了许多功能：

  • OwnedComponents：各种组件为Actor提供对应功能。
  • RootComponent：根组件提供世界变化信息。
  • Children：为子Actor提供附着功能，例如玩家受伤的枪。
  • 网络同步组件：AActor是网络同步的基础单位，拥有 Owner指针，本地权限Role枚举以及一些网络同步和实例化组件。

生命周期

一个Actor的生命周期如下：

actorlifecycle1

首先需要加载Actor，Actor可被分为两类：

  • 关卡内摆放的静态Actor：在上图的左半边，黄色/深蓝色部分。

  • 通过SpawnActor创建的动态Actor：

    • 本地Spawn加载
    • 网络序列化加载

    在上图的右半边，浅蓝/橙色部分。

接下来开始执行 BeginPlay() 函数，它表示一个Actor开始的生命周期，可以在这里获取和设置它的相关参数。

在Actor的运行期间，会在引擎的每一Tick执行 Tick() 函数，执行并更新相关信息，比如渲染逻辑和物理逻辑等。

如果游戏场景中不再需要这个Actor，则会执行 EndPlay() 函数，可以在这里写一些Actor结束时的逻辑。

最后，该Actor会被标记为待销毁，然后交由GC进行销毁。因此在判断一个Actor是否合法（IsValid）时，除了判断它是否在内存中存在，还要看它是否被标记为待销毁。

APawn

基础概念

APawn类继承AActor类，它表示游戏中可被操控的对象，例如人物、载具等。在Actor的基础上，可通过Controller来控制Pawn，支持一些基础的输入和移动框架。

派生类

APawn还有一些常用的派生类：

  • ADefaultPawn：这是UE提供的简单默认Pawn，它提供了简单球形碰撞组件 USphereComponent、简单外部显示组件 UStaticMeshComponent、简单移动组件 UFloatingPawnMovement，以及基础的输入映射（键盘、手柄）；
  • ASpectatorPawn：适用于游戏中的观察者模式，去掉外部显示组件，将移动组件替换为忽略时间缩放的 USpectatorPawnMovement。
  • ACharacter：将在下文详细介绍。

ACharacter

基础概念

继承自APawn，更适合用于人形角色的控制，在APawn的基础上，ACharacter类拥有：

  • 近似人形的胶囊体碰撞盒 UCapsuleComponent：在保证一定真实性的同时，节约性能。
  • 骨骼模型 USkeletalMeshComponent：动画蓝图 + 人物骨骼赋予人物生动表现。
  • 人物移动组件 UCharacterMovementComponent：它配合胶囊体组件完成如走路、掉落、游泳、飞行等多种仿真移动计算；还提供Custom移动模式让开发者自定义移动；并且提供了网络游戏的移动同步功能。

AController

基础概念

可以控制Pawn，Controller通过 Possess(APawn*) 方法来控制Pawn；Pawn通过 PossessedBy(AController*)接受Controller的控制。AController下还有APlayerController和AAIController，将在下文介绍。

APlayerController

专门给玩家用的Controller，通过UInputComponent绑定输入映射，通过APlayerCameraManager来计算相机位置；通过AHUD来展示控制相关UI，但逐渐被更灵活的UMG取代；此外还有网络连接的所有权（主控端和服务器）。

PlayerController类可以视为代表玩家的实体，其本质上是Pawn的核心。它接受来自用户的输入，并将其传递给Pawn和其他类，以便玩家与游戏进行交互。在处理该类时必须注意以下几点：

  • 与Pawn类不同，在一个关卡中只能有一个PlayerController代表玩家。
  • PlayerController类在整个游戏中持续存在，但Pawn类可能不会（例如人物死亡后会重生，但它的Controller不会变）。正因如此，开发者需要记住应该将哪些代码添加到哪个类中。

AAIController

专门给AI用的Controller，让AI的行为树自行决策所控制Pawn的行动。少了例如玩家输入、相机等组件，多了用于寻路的Navigation组件、AI组件、任务Task组件。

AGameMode

基础概念

仅服务器拥有，定义游戏模式用的基础类型，掌握整体游戏流程。AGameModeBase是所有GameMode的基类，是经典AGameMode（UE4.14前）的简化版本。现在的AGameMode是AGameModeBase的子类，它更适用于标准对抗类游戏（如多人射击类），完善了对局和比赛的概念。

AGameState

所有端都共享同步的游戏状态数据，例如团队的分数、目标，还有玩家列表及其PlayerState。

APlayerState

所有端都共享同步的玩家自身状态数据，例如血量、子弹量、物品栏。

参考资料

  • InsideUE5 - 知乎 (zhihu.com)