bevy初体验

rainchestnut
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介绍

bevy是一个用Rust编写的开源游戏引擎，旨在提供简单易用且高性能的游戏开发体验。它采用了数据驱动的设计理念，利用Rust的安全性和并发性，为开发者提供了强大的工具和功能。

环境前提

  • Rust开发环境（包括cargo包管理器）
  • 支持的操作系统（如Windows、macOS或Linux）
  • 基本的Rust编程知识

创建新项目

使用cargo命令创建一个新的Rust项目：

cargo new bevy_learning-game1
cd bevy_learning-game1

添加bevy依赖

cargo add bevy

调试速度优化

默认配置调试速度较慢，加载资源时会有明显的卡顿。可以通过修改Cargo.toml文件来提升调试速度：

# Enable a small amount of optimization in the dev profile.
[profile.dev]
opt-level = 1

# Enable a large amount of optimization in the dev profile for dependencies.
[profile.dev.package."*"]
opt-level = 3

首次构建

首次构建bevy项目可能需要较长时间，因为需要下载和编译大量依赖包，后续构建速度会显著提升。

cargo build

修改main.rs

打开src/main.rs文件，替换为以下代码：

use bevy::prelude::*;

fn main() {
    App::new().run();
}

运行项目

cargo run

运行后发现，无事发生，因为还没有添加任何实体或系统。

App结构

bevy应用程序的核心是App结构体，它管理游戏的生命周期、资源和系统（System）。通过向App添加系统（System）和资源，可以定义游戏的行为和状态。

  • world：存储所有实体和组件的数据结构。
  • schedule：管理系统（System）的执行顺序和调度。
  • runner：控制广泛的执行流程，如主循环。

ECS简介

bevy采用ECS（Entity-Component-System）架构，这是一种数据驱动的设计模式，适用于游戏开发。ECS将游戏对象分解为实体（Entity）、组件（Component）和系统（System），使得游戏逻辑更加模块化和高效。

  • 实体（Entity）：游戏中的对象，可以是玩家、敌人、道具等,但本身不包含数据。具体到bevy中，实体是一个包含唯一数字的类型。
struct Entity(u64);
  • 组件（Component）：附加到实体上的数据，如位置、速度、外观。具体到bevy中，组件是结构体，定义了实体的属性。
#[derive(Component)]
struct Position {
    x: f32,
    y: f32,
}
  • 系统（System）：处理实体和组件的逻辑，如移动、渲染、碰撞检测。具体到bevy中，是函数，定义了如何处理特定类型的组件。
fn print_position_system(query: Query<&Position>) {
    for position in &query {
        println!("position: {} {}", position.x, position.y);
    }
}

添加系统，实体和组件

修改main.rs，添加简单的系统，实体和组件：

新建一个组件

#[derive(Component)]
struct Person;

Person组件表示一个人。人员理论上可以有名字等属性，但是考虑到不止人员有名字属性，我们单独创建一个Name组件：

#[derive(Component)]
struct Name(String);

这里可以类比于rust的trait，Name组件表示一个名字特征，可以附加到任何实体上。

添加实体

创建一个函数，在应用启动时添加一些人员实体进world：

fn add_people(mut commands: Commands) {
    commands.spawn((Person, Name("熊大".to_string())));
    commands.spawn((Person, Name("熊二".to_string())));
    commands.spawn((Person, Name("光头强".to_string())));
}

添加系统

创建一个简单的系统，打印"hello world!"：

fn hello_world() {
    println!("hello world!");
}

创建一个系统，向所有人员打招呼：

fn greet_people(query: Query<&Name, With<Person>>) {
    for name in &query {
        println!("hello {}!", name.0);
    }
}

将系统加入App：

fn main() {
    App::new()
        .add_systems(Startup, add_people)
        .add_systems(Update, (hello_world, greet_people).chain())
        .run();
}
  • Startup System：在应用启动时运行一次的系统。
  • Update System：在每一帧更新时运行的系统。
  • chain()：确保系统按顺序执行，前一个系统完成后再执行下一个系统。

完整代码

use bevy::prelude::*;

fn main() {
    App::new()
        .add_systems(Startup, add_people)
        .add_systems(Update, (hello_world, greet_people).chain())
        .run();
}

fn hello_world() {
    println!("hello world!");
}

#[derive(Component)]
struct Person;

#[derive(Component)]
struct Name(String);

fn add_people(mut commands: Commands) {
    commands.spawn((Person, Name("熊大".to_string())));
    commands.spawn((Person, Name("熊二".to_string())));
    commands.spawn((Person, Name("光头强".to_string())));
}

fn greet_people(query: Query<&Name, With<Person>>) {
    for name in &query {
        println!("hello {}!", name.0);
    }
}

运行项目：

cargo run

控制台会输出

hello world!
hello 熊大!
hello 熊二!
hello 光头强!

系统成功运行。

使用Plugins

bevy提供了丰富的插件（Plugins），用于扩展引擎功能，如渲染、物理、音频等。可以通过添加预定义的插件或自定义插件来增强应用程序，例如UIPlugin用于创建用户界面。 还可以通过添加插件组来启用一组相关功能，例如DefaultPlugins包含了bevy的核心功能和常用插件。

更改main.rs，添加DefaultPlugins：

fn main() {
    App::new()
        .add_plugins(DefaultPlugins)
        .add_systems(Startup, add_people)
        .add_systems(Update, (hello_world, greet_people).chain())
        .run();
}

这将启用bevy的核心功能，如窗口管理、渲染和输入处理。 运行项目，会弹出一个窗口，同时在控制台不停的输出之前的问候信息。

构建Plugin

通过实现Plugin trait，可以创建自定义插件：

pub struct HelloPlugin;

impl Plugin for HelloPlugin {
    fn build(&self, app: &mut App) {
        app.add_systems(Startup, add_people);
        app.add_systems(Update, (hello_world, greet_people).chain());
    }
}

将插件添加到App：

fn main() {
    App::new()
        .add_plugins(DefaultPlugins)
        .add_plugin(HelloPlugin)
        .run();
}

运行项目，功能与之前相同，但代码结构更清晰，便于维护和扩展。

使用资源（Resources）

资源是全局单例数据，可以在系统之间共享。通过定义结构体并将其注册为资源，可以轻松管理应用程序的状态和配置。 资源的访问方式与组件类似，但资源是全局的，而组件是附加到实体上的。例如访问一个存在于DefaultPlugins中的Time资源：

fn greet_people(time: Res<Time>, query: Query<&Name, With<Person>>) {
    for name in &query {
        println!("hello {}!", name.0);
    }
}

实现2秒钟打招呼一次

Time上的delta字段为我们提供了自上次更新以来经过的时间。但是，为了每两秒钟运行一次系统greet_people，必须跟踪一系列更新所经过的时间。为了使这更容易，Bevy提供了Timer类型。依次创建一个新的资源来使用计时器跟踪经过的时间：

#[derive(Resource)]
struct GreetTimer(Timer);

在应用启动时初始化资源：

impl Plugin for HelloPlugin {
    fn build(&self, app: &mut App) {
        app.insert_resource(GreetTimer(Timer::from_seconds(2.0, TimerMode::Repeating)));
        app.add_systems(Startup, add_people);
        app.add_systems(Update ,greet_people);
    }
}

修改greet_people系统以使用计时器：

fn greet_people(time: Res<Time>, mut timer: ResMut<GreetTimer>, query: Query<&Name, With<Person>>) {
    // update our timer with the time elapsed since the last update
    // if that caused the timer to finish, we say hello to everyone
    if timer.0.tick(time.delta()).just_finished() {
        for name in &query {
            println!("hello {}!", name.0);
        }
    }
}

运行项目，控制台每两秒钟输出一次问候信息。

总结

bevy的功能初次体验到此结束。学习了一下bevy的基本概念和使用方法，包括创建项目、添加依赖、理解App结构、ECS架构、系统和组件的使用、插件机制以及资源管理。通过这些基础知识，可以开始构建简单的游戏应用程序，并逐步探索bevy提供的更多高级功能和特性。

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