【技术入门】Unity3D引擎框架及用户接口调用方式相关分析及汇总

分析目的

目前外网3D手游绝大部基于Unity3D引擎进行开发，Unity3D引擎属于商业引擎，引擎整理框架的运行机制较为神秘，本文介绍Unity引擎框架、对象组织方式、用户接口与引擎交互方式等原理，通过本文的分析和介绍可了解Unity3D框架中大致执行原理。

 

实现原理

Unity引擎作为目前最为主流的3D游戏开发引擎，游戏平台移植性非常好，本文从整体分析Unity引擎相关结构，分为：Unity关键类继承关系、用户实现接口与引擎的调用机制、Unity引擎顶层框架及帧更新机制、对象组织方式、Unity引擎的安全风险。

一、Unity游戏关键类继承关系

Unity3D引擎为用户提供方便快捷的开发工具，用户可在Unity提供的MonoDevelop-Unity开发工具中新建基于MonoBehaviour行为类，对应创建框如下所示：

将定Name为Test，创建之后生成的代码如下图所示：

上图是Unity游戏中最为常见代码样式，其中用户定义的类大都继承引擎提供的MonoBehaviour类，用户定位的类整体继承关系如下图所示：

用户定义的每一个类在引擎中都属于一个组件，引擎中每个Component类定义了GameObject类型的对象，用于申明当前组件所属的游戏对象。Unity引擎的游戏中，用户定义的类继承关系较为统一，都由引擎负责管理和更新，上图定义的Test对象中有Start和Update两个默认接口，下一章节见将介绍Unity引擎用户实现的接口调用方式。

二、用户实现的接口与引擎调用关系

Unity3D引擎为游戏开发者提供了脚本语言（例如：C#、Javascript）编写代码，基于Unity引擎的开发者通用可通过如下如下几种方式实现接口的调用：

1）基于引擎帧更新机制调用用户实现的接口。

2）基于引擎的消息事件响应机制调用用户接口。

3）引擎的延迟调用机制。

4）其他直接调用方式

下面将详细介绍几种机制调用机制进行详细的分析介绍。

1、基于引擎帧更新机制的用户接口调用

创建Unity引擎的C#脚本文件，会默认为类生成Start和Update函数，其中Start函数仅在Update函数第一次调用时会被引擎调用，用户通过Start实现初始化操作，类似于类的构造函数。

Unity引擎为用户提供了多种帧更新操作，例如常用的三种更新操作为：Update、FixedUpdate、LateUpdate，三种Update调用机制不相同，三种函数调用机制如下：

Update：引擎会在每帧更新的过程中遍历对象并更新该组件的Update函数。

FixedUpdate：引擎以固定时间调用组件的FixedUpdate函数。

LateUpdate：在Update函数调用之后调用，通过该功能可调整脚本执行的顺序，例如：当无敌在Update里移动时，跟随物体的相机可在LateUpdate里实现镜头移动。

用户定义组件对象默认继承MonoBehaviour，用户实现的每帧更新Update函数于引擎的PlayerLoop函数调用（该函数于Player.cpp实现），其中GetBehaviourManager()是获取管理Update方式每帧更新的调用方法，其中GetBehaviourManager().update（）函数及所属类的GetBehaviourManager().update（）函数内部由CommonUpdate模版实现。用户实现的FixedUpdate属于固定时间的调用方式，对应在PlayerLoop函数中调用。GetTimeManager().StepFixedTime()函数会判断是否需要处理固定时间的相关操作，例如用户定义的FixedUpdate函数更新逻辑，所有的组件Update调用之后才调用LateUpdate函数。

2、基于引擎消息事件的调用机制

Unity引擎提供给用户感知某些消息类事件的感知，例如某游戏的EntityCollider.cs文件中实现了EntityCollider::OntriggerEnter方法，对应代码如下图所示：

该类函数由用户实现，上图红框函数在引擎中与消息进行绑定，其中OnTriggerEnter为用户感知碰撞探测相关事件，OnTriggerEnter函数绑定了kEnterTrigger函数，在PhysicsManager::ProcesssRecordedreports函数内部调用，在判断当前MessageID为kEnterTrigger之后，已消息方式调用SendMessage函数让引擎调用用户实现的OnTriggerEnter接口。其中PhysicsManager::ProcesssRecordedreports函数由PhysicsManager::FixedUpdate调用，消息处理机制是引擎以固定时间的方式在PhysicsManager类的FixedUpdate方法中不断调用实现。

3、基于延迟调用机制及其他方式

1）延迟调用方式

Unity为用户提供了延迟调用某方法，对应通过Invoke和InvokeRepeating 函数实现，其中Invoke和InvokeRepeat接口定义如下：

function Invoke (methodName : string, time : float) : void
function InvokeRepeating (methodName : string, time : float, repeatRate : float) : void

Invoke为延迟调用一次，InvokeRepeating 为延迟调用多次，延迟调用通过引擎的InvokeDelayed函数实现，延迟调用机制较为简单，延迟的时间、重复调用的次数都由用户控制。

2）其他机制

其他机制包括用户定义的C#函数之间调用，该类调用方式与C++函数调用方式类似，不在进行详细阐述。

三、Unity整理框架及帧更新机制

Unity引擎将所有重要事件于主线程中实现，如帧更新逻辑、渲染逻辑、碰撞检测逻辑等，Unity引擎初始化及运行帧更新相关执行流程如下图所示：

                

其中UpdateScene负责更新游戏场景中所有帧更新时间。PlayerLoop函数属于每帧更细都会调用，该函数负责处理游戏中所有组件的Update、及消息事件相应处理。

Unity引擎会以一定间隔时间不断更新游戏场景中所有相关事件，每次需要计算下一次帧更新所需的间隔时间，对应时间计算在MainMessageLoop函数实现，通过Sleep方式将执行权切换给其他线程，防止出现CPU 100%的情况。

四、Unity引擎对象链表组织方式

每个游戏都会通过某种方式存储场景中的所有对象，Unity引擎的场景对象通过GameObjectManager进行管理，GameObjectManager通过STL的List结构存储了游戏场景中所有对象，通过遍历List链表便可获取到游戏场景中所有对象，Unity通过GameObject::FindGameObjectWithTag函数可通过传入对象的标识从而获取到对象指针，函数通过遍历List链表的所有信息查找所需的对象。每个GameObject对象都包含了Tag字段，该字段用于区分不同的对象，Unity引擎提供的游戏开发工具中可提供Tag的标签设置，对应设置界面如下图所示：

玩家可根据具体需求定义所需要的对象标签，也可选用默认的标签。

 

总结

Unity3D引擎属于3D手游开发首选引擎，Unity3D引擎以回调的方式处理用户开发的游戏逻辑事件，主要集中于引擎每帧回调游戏Update、游戏基于消息事件调用游戏逻辑函数、引擎以延迟方式调用游戏事件。通过本文的分析和介绍，可了解Unity引擎整体框架、用户接口于引擎交互机制、引擎顶层帧更新机制及对象链表的组织，对Unity引擎有更加直观的认识。

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原文始发于微信公众号（游戏安全实验室）：【技术入门】Unity3D引擎框架及用户接口调用方式相关分析及汇总