浅谈Assets——Unity资源映射

浅谈Assets——Unity资源映射

本篇文章是Addressable基础篇系列第一节,文末可点击查看其它章节。

一、什么是Assets

对于Assets,一般来说我们有两层认知:一层来自于Unity的默认工程目录Assets,一层来自于Unity的打包系统AssetBundles。那么我们就从这两个方面来归一化地去理解Unity的Assets究竟是什么。

1、Assets目录
当我们用Unity创建一个工程的时候,大家有没有关注过工程下面默认创建的几个目录呢?我们用Unity 2018.3.8创建一个空工程看一下(本系列文章的工程或者示例都基于Unity 2018.3.8创建,后面不再重复申明),目录如下:

一共有4个目录,它们的作用分别是:

  • Assets
    Unity工程实际的资源目录,所有项目用到的资源、代码、配置、库等原始资源只有放置在这个文件夹才会被Unity认可和处理。

  • Library
    存放Unity处理完毕的资源,大部分的资源导入到Assets目录之后,还需要通过Unity转化成Unity认可的文件,转化后的文件会存储在这个目录。

  • Packages
    这个是2018以后新增的目录,用于管理Unity分离的packages组件。这个我在之前的知乎文章里有过阐述:https://zhuanlan.zhihu.com/p/77058380

  • ProjectSettings
    这个目录用于存放Unity的各种项目设定。

当你的工程开始有脚本文件的时候,还会增加一个obj的目录用于代码编译。所以当你要迁移一个工程,或者将工程复制给别人的时候,只需要将Assets、Packages以及ProjectSettings三个目录备份即可,至于Library会在Unity打开的时候进行检查和自动转化。当然如果你的工程非常庞大,资源非常多,那么迁移的时候连Library一起拷贝传递会节省大量的转化时间。

另外,实际的项目开发期间,我们可能要针对不同的平台进行打包,比如PC包和安卓包。那么复制两份工程,一份设置为PC平台,一份设置为安卓平台,效率会远远大于需要时再切换平台,因为你每次切换到不同的平台,Unity都需要全部重新处理一遍内置资源,非常耗时。

2、AssetBundles
抛开所有其它的理解,单从英文命名来看,这是一种捆绑包,是对Asset进行归档的格式,概念更趋向于我们使用Zip或者RAR等格式对资源或者目录进行压缩、加密、归档、存储等等。而区别就在于Zip等压缩格式是针对文件的,而AssetBundles则是针对Unity的Asset。但如果再转换一下概念来理解,其实Zip操作归档的是操作系统能识别的文件,而AssetBundles操作归档的则是Unity能识别的文件。这么理解,二者的作用几乎是一致的。

做了铺垫之后,我们再来看一下Unity官方是怎么定义的:

AssetBundles是一个包含了特殊平台、非代码形式Assets的归档文件。

官方文档链接:https://docs.unity3d.com/Manual/AssetBundlesIntro.html

这里有几个重要信息,首先它是一个归档文件(即捆绑形式的文件类型),其次它拥有平台的差异性,再次它不包含代码,最后它存储的是Unity的Assets。

到目前为止,我们一直在提及Assets,那么究竟Assets是什么呢?以及它在Unity整个引擎中占据的位置又是什么呢?

3、Unity资产
Windows操作系统识别文件是通过后缀名实现的。在系统中注册后缀名和对应的处理软件,那么双击文件的时候系统就会调用指定的软件解析和处理文件。如果没有在系统中注册,或者后缀被删除了,那么操作系统将无法识别这个文件。

Unity的Asset也是一样,我们把一个Asset叫做一个资产,可以理解为Unity能够识别的文件。这里其实又包含两种类型,一种是Unity原生支持的格式,比如:材质球;一种是需要经过Unity处理之后才能支持的,比如:FBX。对于需要处理才能支持的格式,Unity都提供了导入器(Importer)。如下图,代码里输入Importer可以看到有很多个种类的导入器。

要注意,所有的资产原始文件都必须要放在Unity工程的Assets目录,然后经过Unity处理之后存放在Library目录下。


二、Assets的识别和引用

作为资产文件,Assets有非常多的类型。比如:材质球、纹理贴图、音频文件、FBX文件、各种动画、配置或者Clip文件等等。我们通常习惯于在Unity里进行拖拽、新增、修改、重命名甚至变更目录等等各式各样的操作,但不管你在Unity引擎里如何操作(不包括删除),那些相关的引用都不会丢失。这是为什么呢?

1、Assets和Objects
在进行后面的阐述之前,先统一一下概念,包括如果在后面章节里提到,都会遵循这里统一的概念。Assets这里以及后续的内容都指Unity的资产,可以意指为Unity的Projects窗口里看到的单个文件(或者文件夹)。而Objects这里我们指的是从UnityEngine.Object继承的对象,它其实是一个可以序列化的数据,用来描述一个特定的资源的实例。它可以代表任何Unity引擎所支持的类型,比如:Mesh、Sprite、AudioClip or AnimationClip等等。

大多数的Objects都是Unity内置支持的,但有两种除外:

  • ScriptableObject
    用来提供给开发者进行自定义数据格式的类型。从该类继承的格式,都可以像Unity的原生类型一样进行序列和反序列化,并且可以从Unity的Inspector窗口进行操作。

  • MonoBehaviour
    提供了一个指向MonoScript的转换器。MonoScript是一个Unity内部的数据类型,它不是可执行代码,但是会在特定的命名空间和程序集下,保持对某个或者特殊脚本的引用。

Assets和Objects之间是一对多的关系,比如一个Prefab我们可以认为是一个Asset,但是这个Prefab里可以包含很多个Objects,比如:如果是一个UGUI的Prefab,里面就可能会有很多个Text、Button、Image等组件。

2、File GUIDs和Local IDs
熟悉Unity的人都知道,UnityEngine.Objects之间是可以互相引用的。这就会存在一个问题,这些互相引用的Objects有可能是在同一个Asset里,也有可能是在不同的Assets里。比如:UGUI的一个Image需要引用一张Sprite Atlas里的Sprite,这就要求Unity必须有健壮的资源标识,能稳定的处理不同资源的引用关系。除此之外,Unity还必须考虑这些资源标识应该与平台无关,不能让开发者在切换平台的时候还需要关注资源的引用关系,毕竟它自己是一个跨平台部署的引擎。

基于这些特定的需求,Unity把序列化拆分成两个表达部分。第一部分叫做File GUID,标识这个资产的位置,这个GUID是由Unity根据内部算法自动生成的,并且存放在原始文件的同目录、同名但是后缀为.meta的文件里。

这里需要注意几个点:

  • 第一次导入资源的时候Unity会自动生成。
  • 在Unity的面板里移动位置,Unity会自动帮你同步.meta文件。
  • 在Unity打开的情况下,单独删除.meta,Unity可以确保重新生成的GUID和现有的一样。
  • 在Unity关闭的情况下,移动或者删除.meta文件,Unity无法恢复到原有的GUID,也就是说引用会丢失。

确定了资产文件之后,还需要一个Local IDs来表示当前的Objects在资产里的唯一标识。File GUID确保了资产在整个Unity工程里唯一,Local ID确保Objects在资产里唯一,这样就可以通过二者的组合去快速找到对应的引用。

Unity还在内部维护了一张资产GUID和路径的映射表,每当有新的资源进入工程,或者删除了某些资源,又或者调整了资源路径,Unity的编辑器都会自动修改这张映射表以便正确地记录资产位置。所以如果.meta文件丢失或者重新生成了不一样的GUID,Unity就会丢失引用,在工程内的表现就是某个脚本显示“Missing”,或者某些贴图材质的丢失导致场景出现粉红色。

3、Library中的资源位置
前面我们提到了非Unity支持的格式,需要由导入器进行资源转换。之所以要分到这个小节来讲位置是因为它涉及到了File GUID。之所以需要对资源转换和存储,也是为了方便下一次启动的时候不需要再处理资源,比较每次导入资源是巨耗时的操作。简单来讲,所有的转换结果都会存储在Library/metadata/目录下,以File GUID的前两位进行命名的文件夹里。比如这样:

注意:原生支持的Assets资源也会有同样的存储过程,只是不需要再用导入器进行转化而已。

4、Instance ID
File GUID和Local ID确实已经能够在编辑器模式下帮助Unity完成它的规划了,与平台无关、快速定位和维护资源位置以及引用关系。但若投入到运行时,则还有比较大的性能问题。也就是说运行时还是需要一个表现更好的系统。于是Unity又弄了一套缓存(还记得前面那套缓存嘛?是用来记录GUID和文件的路径关系的)。PersistentManager用来把File GUIDs和Local IDs转化为一个简单的、Session唯一的整数,这些整数就是Instance ID。Instance ID很简单,就是一个递增的整数,每当有新对象需要在缓存里注册的时候,简单的递增就行。有关PersistentManager的详细分析,我找到了一篇UWA学堂的文章,大家可以在这里详细了解: 《深度剖析PersistentManager.Remapper内存占用》

简单来说:PersistentManager会维护Instance ID和File GUID、Local ID的映射关系,定位Object源数据的位置以及维护内存中(如果有)Object的实例。只要系统解析到一个Instance ID,就能快速找到代表这个Instance ID的已加载的对象。如果Object没有被加载,File GUID和Local ID也可以快速地定位到指定的Asset资源从而即时进行资源加载。本来这章节的内容我是打算整体配图讲解的,但我发现两篇已经完稿并且配图的大佬文章,所以就不重复造车了,直接给出链接:

一篇是UWA Blog的文章:《Unity文件、文件引用、Meta详解》
另外一篇是来自腾讯GAD的:《程序丨入门必看:Unity资源加载及管理》

另外Unity的Prefab或者meta文件都是使用YAML的语法格式存储的,因为放了传送门链接,所以这里就不细讲了,有关YAML的语法详情,大家可以参考:https://baike.baidu.com/item/YAML/1067697?fr=aladdin


三、资源生命周期

到现在为止我们已经搞清楚了Unity的Asset在编辑器和运行时的关联和引用关系。那么接下来我们还要关注一下这些资源的生命周期,以及在内存中的管理方式,以便大家能更好地管理加载时长和内存占用。

1、Object加载
当Unity的应用程序启动的时候,PersistentManager的缓存系统会对项目立刻要用到的数据(比如:启动场景里的这些或者它的依赖项),以及所有包含在Resources目录的Objects进行初始化。如果在运行时导入了Asset或者从AssetBundles(比如:远程下载下来的)加载Object都会产生新的Instance ID。

另外Object在满足下列条件的情况时会自动加载,比如:

  • 某个Object的Instance ID被间接引用了
  • Object当前没有被加载进内存
  • 可以定位到Object的源位置(File GUID 和 Local ID)

另外,如果File GUID和Local ID没有Instance ID,或者有Instance ID,但是对应的Objects已经被卸载了,并且这个Instance ID引用了无效的File GUID和Local ID,那么这个Objects的引用会被保留,但是实际Objects不会被加载。在Unity的编辑器里会显示为:“(Missing)”引用,而在运行时根据Objects类型不一样,有可能会是空指针,有可能会丢失网格或者纹理贴图导致场景或者物体显示粉红色。

2、Object卸载
除了加载之外,Objects会在一些特定情况下被卸载。

(1)当没有使用的Asset在执行清理的时候,会自动卸载对应的Object。一般是由切场景或者手动调用了Resources.UnloadUnusedAssets的API的时候触发的。但是这个过程只会卸载那些没有任何引用的Objects。

(2)从Resources目录下加载的Objects可以通过调用Resources.UnloadAsset API进行显式的卸载。但这些Objects的Instance ID会保持有效,并且仍然会包含有效的File GUID 和LocalID。当任何Mono的变量或者其它Objects持有了被Resources.UnloadAsset卸载的Objects的引用之后,这个Object在被直接或者间接引用之后会马上被加载。

(3)从AssetBundles里得到的Objects在执行了AssetBundle.Unload(true) API之后,会立刻自动的被卸载,并且这会立刻让这些Objects的File GUID、Local ID以及Instance ID立马失效。任何试图访问它的操作都会触发一个NullReferenceException。但如果调用的是AssetBundle.Unload(false)API,那么生命周期内的Objects不会随着AssetBundle一起被销毁,但是Unity会中断File GUID 、Local ID和对应Object的Instance IDs之间的联系,也就是说,如果这些Objects在未来的某些时候被销毁了,那么当再次对这些Objects进行引用的时候,是没法再自动进行重加载的。

另外,如果Objects中断了它和源AssetBundle的联系之后,那么再次加载相同Asset,Unity也不会复用先前加载的Objects,而是会重新创建Instance ID,也就是说内存里会有多份冗余的资源。

Addressable基础篇系列相关课程:
第二节:《Resources目录的优点与痛点》
第三节和第四节:《AssetBundle的原理及最佳实践》
第五节至第九节:《Addressable Assets System》
第十节:《资产导入新管线:加速资源导入的坚实基础》
第十一节:《使用Unity Accelerator加速你的团队》

封面图来源:Substance Painter To Unity
从Allegorithmic的Substance Painter转向Unity的过程。
https://lab.uwa4d.com/lab/5b56274ed7f10a201fd86488


这是侑虎科技第662篇文章,感谢作者放牛的星星供稿。欢迎转发分享,未经作者授权请勿转载。如果您有任何独到的见解或者发现也欢迎联系我们,一起探讨。(QQ群:793972859)

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