Mass

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链接：不Mass怎么Meta

元宇宙应该是广阔且生机勃勃的世界，所以世界中应该包括多种多样的丰富的生物，同理开放世界也需要大量的物体在场景中

为了实现这个功能，UE 提供 Mass AI 来模拟这样丰富的场景，那么 Mass 如何支持如此多量的AI实体并且达到流畅的实时性能

Mass 基于 DOD(面向数据) 的设计的，更加关注数据，把逻辑与数据分离，对计算机好，但是违背人的常识。真正在编程中应用的面向数据的设计模式就是 ECS 模式，Mass 正是采用 ECS 框架用于支持巨量的 AI 实体

以普通项目的 Actor 为例，一个 Actor 通常包括逻辑(Logic)、物理(Physics)、渲染(Rendering)、网络通信(Messaging)

上图说明的就是经典 Actor 的处理方式，通过 update 更新每个 Actor 及其对应的组，这种更新访问的是零碎的内存空间

当场景中 Actor 达到一定数量级之后，一个个驱动独立的 Actor 的 Logic 模块，对其进行 Update 是比较低效的

Mass 框架的作用就是将 Actor 的 Logic 模块抽离出来，用 Entity 来表示数据，再加上处理器 System 处理，之后根据对应关系更新 Actor 的表现部分

Mass 只是处理 Actor 的逻辑部分

如果场景中存在很多 Actor，但是其本身没有太多逻辑，性能瓶颈在 GPU 上而不是 GPU 上，这种情况 Mass 无法提供帮助

在 Mass 框架中，数据会被规整成整齐的 Fragment 片段，每个 Enitty 可以包括多个 Fragment，对 Fragment 的运算处理其实就是对 Entity 的逻辑处理。这种数据连续的内存，对 CPU 的 Cache 是非常友好的

Mass 框架的各个模块

数据组织

在 Mass 中数据如何组织?

在 Mass 中把数据的结构叫做 Fragment, 对应 ECS 中的 Component

因为 UE 中已经存在 Component 了，所以不能再为 ECS 创建名为 Component 的类

Fragment 就是一个非常简单的结构的类，只包含最纯粹的数据，不包含任何函数

USTRUCT()
struct FMassFragment
{
	GENERATED_BODY()

	FMassFragment() {}
};

USTRUCT(BlueprintType)
struct MASSCOMMUNITYSAMPLE_API FSampleColorFragment : public FMassFragment
{
	GENERATED_BODY()

	FSampleColorFragment() = default;
	
	FSampleColorFragment(FColor Color) : Color(Color){};

	UPROPERTY(BlueprintReadWrite, EditAnywhere)
	FColor Color = FColor::Red;
};

USTRUCT(BlueprintType)
struct FMyVectorFragmaent : FMassFragment {
	GENERATED_BODY()

    UPROPERTY(BlueprintReadWrite, EditAnyWhere)
    FVector Position;
}

需要注意内存对齐为了方便使用可以添加一些函数，但是不可以使用 virtual 关键字

实体是 Mass 框架中的基本单元，它们可以包含不同类型的片段（Fragment），片段是用于描述实体属性和行为的数据结构

Archetype 就是根据片段的组合来定义实体的原型，可以理解为实体的类或模板。例如，如果有一个 Archetype 的片段组合是 [Transform, Velocity, Health]，那么这个 Archetype 关联的所有实体都拥有这三种片段，也就是说都有位置、速度和生命值这三个属性

Archetype 的作用是为了提高 Mass 框架的性能和效率，它可以将相同结构的实体存储在一起，方便进行批量操作和查询

由于系统中 Fragment 的数量是固定的，所以排列组合形成 Archetype 的数量也是固定的，也就是是说可以为每个 Archetype 定义一个 ID，并且可以通过 ID 唯一的活得到一个 Archetype

一个 Archetype 可能有多份数据(一个 Actor 一份)，所以对一个实体来说通过还需要一个数据 ID 来确定是 Archetype 这么多份数据的哪一份

Entity 
{
    int32 Id;
    int32 ArchetypeId;
}

如何存储对应的 Entity 数据呢？

单纯使用 TArray 存储是不合适的，因为依然可能跨越巨大的内存位置，而且不好扩容

UE 将 Archetype 的存储分为一个个 Chunk, 每个 Chunk 分为 64kb 或者 128kb (对 CPU 的 Cache 比较友好)。Chunk 的大小确定、 Archetpe 的大小确定，可以算出一个 Chunk 可以容纳多少个 Entity 数据

如上，知道一个 Chunk 容纳多少个 Entity 个数据之后，就可以将 Fragment 依次排开，每次取数据的时候只要指针定位到开头，就可以正确访问指定数据

每个 Chunk 的开头还有一个 FMassEntityHandle 的数据，用来记录当前 Chunk 里有哪些 Entity，因此获得 Chunk 之后，就可以知道 Chunk 关联了哪些 Entity

struct FMassArchetypeData
{
private:
    FMassArchetypeCompositionDescriptor CompositionDescriptor;

    TArray<FInstancedStruct> ChunkFragmentsTemplate;

    TArray<FMassArchetypeChunk> Chunks;

    // ... something else
}

struct FMassArchetypeChunk
{
private:
    uint8* RawMemory = nullptr;
    int32 AllocSize = 0;
    int32 NumInstances = 0;
    int32 SerialModificationNumber = 0;

    TArray<FInstancedStruct> ChunkFragmentData;
    
    FMassArchetypeSharedFragmentValues SharedFragmentValues;

    // ... something else
}

从 FMassArchetypeChunk 结构体可见，我们的 Chunk 其实就是一块内存 RawMemory

ChunkFragmentData 就是独属于这块 Chunk 的附加数据，比如第1个Chunk 的 Entity 离玩家比较远，需要 1s 一次进行计算；第2个 Chunk 的 Entity 离玩家比较近，需要 0.1s 一次进行计算

SharedFragmentValues 在运算时常常需要一些更高维度的参数，比如重力、摩擦力系数等，这些数据全局只需要一份，可以作为共享片段值添加进 Chunk。允许不同的 Chunk 携带不同的共享参数，当然也可以没有

UE 中将 Mass 分为四种粒度

粒度	作用
FMassFragment	数据, 最小粒度
FMassChunkFragment	独属于 Chunk 的数据
FMassTag	Archetype标签，无数据，分类
FMassSharedFragment	Entities 之间共享的数据，全局数据。跨 Archetype

Fragment 的粒度最小，一个 Entity 包含多个 Fragment，多个 Entity 的数据组合成 Chunk

一个 Chunk 可以带多个 ChunkFragment (常常用来表示一些 LOD 相关的数据，比如可见性)

在数据相同时候为了区分 Archetype 可以给其加上不同的 FMassTag

FMassSharedFragment 是跨 Archetype 的，常常用来表示全局数据

struct MASSENTITY_API FMassEntityManager : public TSharedFromThis<FMassEntityManager>, public FGCObject{
    // ... something else

    TArray<FConstSharedStruct> ConstSharedFragments;

    TArray<FSharedStruct> SharedFragments;
    // ... something else
}

UE 引擎中进一步将 SharedFragment 细分成 Const 和 非Const

struct FMassArchetypeCompositionDescriptor{
    // ... some function
    FMassFragmentBitSet Fragments;              // 具体属性
    FMassTagBitSet Tags;                        // Tag 数据
    FMassChunkFragmentBitSet ChunkFragments;    // Chunk 数据
    FMassSharedFragmentBitSet SharedFragments;  // 共享数据
}

通过前面解释的四种数据类型，可以共同组合成一种 Archetype 的类型，因此 UE 提供 FMassArchetypeCompositionDescriptor 用来组合信息

可以看到上面代码中使用了很多了 BitSet，对应的机理就是将各个结构的 UStruct 类型信息存在一个数组里，然后把数组的下标当作 BitSet 的下标

也就是 BitSet 对应 Index 的值为 1，则表示具有这个结构，值为 0 则表示没有这个结构。比如总共有 32 个 Fragment，那么一个 FMassArchetypeCompositionDescriptor 的 FMassFragmentBitSett 有 32位，可以表示这个 Archetype 可以具有 32个 Fragment 的哪几个，具有的 Fragment 对应需要序号(index)的值为 true

使用 BitSet 可以快速的进行位运算，同时可以节省内存消耗

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