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玩转Unity资源、对象及序列化(上)

2016年08月24日 17:42:558470
本文将从Unity编辑器和运行时两个角度出发,主要探讨以下两方面内容:Unity序列化系统内部细节以及Unity如何维护不同对象之间的强引用。另外还会讨论对象与资源的技术实现差别。

本文内容是理解在Unity中如何高效加载和卸载资源的基础。正确的资源管理对缩短加载时间并减少内存占用来说至关重要。今天先为大家分享上半部分内容。

深入理解资源和对象

在理解Unity如何确保万无一失地管理数据之前,首先要知道Unity是如何识别并序列化数据的。首先第一点,要正确区分资源(Asset)对象(UnityEngine.Objects)

资源(Asset)是硬盘中的文件,存储在Unity工程的Assets文件夹内。例如,纹理(Texture),材质(Material)和FBX文件等,它们都是资源。一些资源的数据格式是Unity原生支持的,例如材质。有些资源则需要转换为原生的数据格式后才能被Unity使用,例如FBX文件。

UnityEngine.Object,或者说以大写字母O开头的Object——对象,代表序列化数据的集合,表示某个资源的具体实例。它可以是Unity引擎使用的任何类型的资源,例如网格,Sprite,音频剪辑或动画剪辑。所有的对象(Object)都是UnityEngine.Object基类的子类

几乎所有的对象(Object)类型都是内建的,其中有两种比较特殊的类型:
  1. ScriptableObject为开发者提供了一套便捷的系统,供开发者自定义数据类型。这些类型可以被Unity直接序列化或反序列化,并在Unity编辑器的检视器窗口中进行操作。

  2. MonoBehaviour提供了链接MonoScript的容器。MonoScript是一种内部数据类型,Unity用它保存对某个特定程序集和命名空间中特定脚本类的引用,MonoScript本身不包含任何实际的可执行代码。  


资源(Asset)与对象(Object)是一种一对多的关系,即一个资源文件可能会包括多个Object

对象之间的引用

所有UnityEngine.Objects都可以引用其他的UnityEngine.Objects。这里“其他的Object”可能存在于相同的资源文件中,或需要从其他资源文件导入。例如,一个材质Object通常有一个或多个纹理Object的引用。这些纹理Object一般是从一个或多个纹理资源文件中导入的(例如PNG或JPG文件)。

序列化后,这些引用由两部分数据组成:文件GUID本地ID。文件GUID用于识别资源(Asset)文件中目标资源(Resource)的存储位置。而本地唯一的ID负责识别单个资源文件中的Object,因为一个资源文件可能会包含多个Object。

文件GUID存储于.meta文件中。Unity会在首次导入资源文件时生成.meta文件,并和资源文件一起存储在相同的目录中。

上述的识别和引用系统可以使用文本编辑器查看:创建一个全新的Unity工程,更改编辑器设置,将Edit > Project Settings > Editor中的Version Control设为Visible Meta Files,并将Asset Serialization设为文本。新建材质并向工程中导入一个纹理。将材质赋给场景中的一个立方体,保存场景。


玩转Unity资源、对象及序列化(上) 资源教程


使用文本编辑器打开这个材质对应的.meta文件。在文件顶端附近会有一行被标示为“guid”,该行定义了材质资源文件的文件GUID。如需查看本地ID,使用文本编辑器打开材质文件,材质Object的定义大致如下:

--- !u!21 &2100000
Material:
 serializedVersion: 3
 ... more data ...

在上面的例子中,前面有&符号的数字就是材质的本地ID。如果这个材质的Object位于一个文件GUID为“abcdefg”的资源文件中,则该材质Object的唯一识别符就是文件GUID“abcdefg”和本地ID“2100000”的组合。

为什么要用文件GUID和本地ID?

在Unity中,为什么要使用文件GUID和本地ID这套系统呢?答案是为了稳定服务,也是为了提供一套灵活的、无关具体平台的工作流程。文件GUID提供了文件存储位置的抽象,这样一个文件GUID就对应一个具体的文件,这个具体的文件存储在什么位置也就无关紧要了。因此我们才能随意移动这个文件而不破坏所有相关Object对这个文件的引用。

任何资源(Asset)文件中都可能含有(或通过导入产生)多个UnityEngine.Object资源(Resource),因此需要一个本地ID来对其中的Object做明确区分

如果与资源文件相关联的文件GUID丢失,则所有对该资源文件中的Object的引用都会被破坏。这就是必须保证.meta文件具有和资源文件相同的文件名并存储在同一目录下的原因。注意Unity会重新生成丢失或被删除的.meta文件。

Unity编辑器负责维护一张文件路径与文件GUID之间关系的映射表。只要资源文件被读取或导入,这个映射关系就会被建立,映射会将资源的具体位置和资源的文件GUID进行关联。Unity编辑器处于打开状态时,假设一个文件的.meta意外丢失,并且该资源文件的路径没有改变,编辑器可以保证这个资源会被分配到相同的文件GUID。

如果在Unity编辑器处于关闭状态时丢失.meta文件,或资源文件被移动但没有移动对应的.meta文件时,所有对资源文件中的Object的引用都会丢失

复合资源和导入器

正如前面第一节[深入理解资源与对象]中所说的一样,不能被Unity直接支持的资源类型必须经过导入才可以使用——使用资源导入器来完成。这些导入器是自动调用的,您也可以使用AssetImporter在脚本中调用API及其子类。例如,在导入单独的纹理资源例如PNG和JPG时,TextureImporter API提供了导入时要使用的相关设置的访问。

导入过程最终的产物是一系列UnityEngine.Object。在Unity编辑器中,这些对象会具体表现为父资源下的多个子资源,例如作为Sprite Atlas导入的纹理材质,其下属会有多个嵌套的Sprite。每一个对象都会使用相同的文件GUID,因为它们的源数据都存储在同一个资源文件中。它们在纹理资源中的具体区分工作则使用本地ID来完成。

导入过程中会将源资源转换为匹配Unity编辑器中选定的目标平台的格式。导入过程可能会牵涉一些重量级操作,例如纹理压缩。如果每次打开Unity编辑器时都要执行这些操作,那效率就太低了。

为了解决这一问题,我们将资源导入的结果缓存在Library文件夹中。具体就是,导入进程的结果将会存储在以资源文件GUID头两位作为名称的文件夹中。这些文件夹位于Library/metadata/目录下。各个不同的对象会被序列化后存储在一个二进制文件中,文件使用资源文件的GUID来命名。

这对所有资源都是一样的,不仅仅是非原生资源。只不过Unity原生支持的资源不需要对其进行转换或序列化处理。



上半部分的内容主要介绍了资源(Asset)和对象(UnityEngine.Objects)的区别,以及文件GUID和本地ID二者的关联和差异。下半部分将为大家介绍第三种ID:对象的实例ID,并看看这些ID对资源在内存与显存中的加载和卸载分别有着怎样的作用。请保持关注!

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