آشنایی با Unity DOTS: انقلاب در بهینه‌سازی عملکرد بازی‌ها

Unity DOTS یک فناوری داده‌محور است که باعث بهینه‌سازی عملکرد بازی‌ها از طریق پردازش چندهسته‌ای و مدیریت بهینه حافظه می‌شود. این سیستم با C# Job System وظایف را بین هسته‌های CPU توزیع کرده و پردازش‌های هم‌زمان را بهینه می‌کند. همچنین با Burst Compiler، کدهای C# را به دستورات سطح پایین ماشین تبدیل کرده و سرعت اجرا را افزایش می‌دهد. DOTS مصرف پردازنده را کاهش داده و باعث می‌شود بازی‌ها روان‌تر اجرا شوند، نرخ فریم افزایش یابد و لگ‌های ناشی از پردازش‌های سنگین کمتر شوند. این فناوری در بازی‌های چندنفره، دنیای باز، فیزیک پیچیده و واقعیت مجازی بسیار مؤثر است. با استفاده از DOTS، بازی‌ها در سیستم‌های ضعیف عملکرد بهتری خواهند داشت و توسعه‌دهندگان می‌توانند محتوای بیشتری بدون افت فریم ارائه دهند.

Unity DOTS برای بازی‌هایی که شامل تعداد زیادی واحد، ساختمان و افکت‌های بصری هستند، یک راهکار بهینه محسوب می‌شود. این فناوری با استفاده از پردازش موازی، بار پردازشی را روی تمام هسته‌های CPU توزیع می‌کند و باعث افزایش سرعت پردازش می‌شود. برخلاف روش کلاسیک که هر آبجکت یک GameObject مستقل است و سربار زیادی دارد، DOTS داده‌ها را به‌صورت فشرده و پیوسته در حافظه ذخیره می‌کند، که این کار باعث کاهش Cache Miss و بهینه‌تر شدن مصرف حافظه می‌شود. در بازی‌های استراتژی، واحدهای زیادی باید هم‌زمان حرکت کنند، با هم تعامل داشته باشند و تصمیم‌گیری‌های پیچیده انجام دهند؛ C# Job System این پردازش‌ها را به‌طور هم‌زمان اجرا می‌کند و از کندی بازی جلوگیری می‌کند. همچنین، سیستم Burst Compiler کدهای C# را به فرمت بومی بهینه‌سازی می‌کند که منجر به اجرای سریع‌تر محاسبات سنگین مانند مسیر‌یابی و پردازش برخوردها می‌شود. این ویژگی‌ها باعث می‌شوند که حتی در سناریوهایی که هزاران واحد روی صفحه هستند، نرخ فریم ثابت و روان باقی بماند. DOTS همچنین در پردازش هوش مصنوعی بهینه‌تر عمل می‌کند، زیرا می‌تواند تصمیم‌گیری‌های استراتژیک را بدون فشار زیاد روی پردازنده اجرا کند. در بازی‌های استراتژی که معمولاً نقشه‌های بزرگ دارند، این فناوری به توسعه‌دهندگان اجازه می‌دهد دنیایی وسیع را بدون افت عملکرد ایجاد کنند. علاوه بر این، DOTS مصرف انرژی کمتری دارد که در پلتفرم‌هایی مثل موبایل، اجرای روان‌تر و عمر باتری بیشتر را فراهم می‌کند. در مجموع، Unity DOTS ابزاری قدرتمند برای اجرای بازی‌های استراتژی با جزئیات بالا و عملکرد بهینه است که امکان مدیریت مقیاس‌های بزرگ را بدون افت فریم فراهم می‌کند.

این فناوری شامل سه جزء اصلی است:
1. ECS (Entity Component System)

ECS یا Entity Component System یک الگوی برنامه‌نویسی است که به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تا بازی‌ها و برنامه‌ها را به صورت بهینه و مقیاس‌پذیر طراحی کنند. در این مدل، Entity یا موجودیت‌ها به اشیای اصلی بازی تبدیل می‌شوند (مثل شخصیت‌ها یا دشمن‌ها). هر موجودیت می‌تواند تعدادی Component داشته باشد که ویژگی‌های مختلف آن را مشخص می‌کند (مثل موقعیت، سرعت، یا سلامت). سپس، Systems این کامپوننت‌ها را پردازش می‌کنند و منطق بازی را اجرا می‌کنند (مثل حرکت دادن شخصیت‌ها یا برخورد با موانع). این ساختار باعث می‌شود که کد بازی تمیزتر، قابل گسترش و کارآمدتر باشد و همچنین از پردازش موازی برای افزایش عملکرد بهره ببرد.
2. C# Job System

Job System در Unity یک راهکار برای انجام پردازش‌های موازی است که به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تا کد بازی را به‌طور کارآمدتری اجرا کنند. در این سیستم، می‌توان پردازش‌ها را به Job‌های کوچک تقسیم کرد که به‌طور هم‌زمان در چندین هسته CPU اجرا می‌شوند. این کار باعث می‌شود که بازی سریع‌تر و روان‌تر اجرا شود، مخصوصاً زمانی که نیاز به پردازش‌های سنگین مثل محاسبات فیزیک، AI یا رندرینگ وجود دارد. به‌جای انجام این پردازش‌ها به‌صورت خطی و یکی‌یکی، Job System این وظایف را موازی می‌کند، که منجر به استفاده بهتر از قدرت پردازش سیستم و افزایش عملکرد می‌شود.

3. Burst Compiler

Burst Compiler در Unity یک کامپایلر پیشرفته است که کدهای C# را به زبان ماشین بهینه‌شده ترجمه می‌کند. هدف آن این است که عملکرد کدها را به‌شدت افزایش دهد. این کامپایلر با تحلیل کد و استفاده از تکنیک‌های بهینه‌سازی مختلف (مثل فشرده‌سازی داده‌ها، کاهش زمان محاسبات و بهینه‌سازی دستورالعمل‌ها)، کدهای C# را طوری ترجمه می‌کند که سریع‌تر و با مصرف منابع کمتر اجرا شوند. به‌ویژه در بازی‌هایی با محاسبات سنگین مثل شبیه‌سازی‌های فیزیک، AI و مسیر‌یابی، Burst Compiler می‌تواند سرعت پردازش را به‌طور قابل توجهی افزایش دهد. این ابزار به توسعه‌دهندگان کمک می‌کند تا کدهای خود را بدون نیاز به تغییرات دستی پیچیده، بهینه کنند و عملکرد بهتری داشته باشند.

مزایای استفاده از Unity DOTS

1. افزایش عملکرد (Performance)
با استفاده از DOTS، پردازش داده‌ها سریع‌تر انجام می‌شود و بازی‌ها می‌توانند از تمام توان سخت‌افزاری سیستم‌های مدرن بهره ببرند.

2. مدیریت بهینه داده‌ها
ECS مدیریت داده‌ها را ساده‌تر و کارآمدتر می‌کند. این معماری باعث کاهش Cache Misses و افزایش سرعت پردازش می‌شود.

3. پردازش موازی بهینه (Parallel Processing)
C# Job System و Burst Compiler به توسعه‌دهندگان کمک می‌کنند تا کدهای چند رشته‌ای (Multithreading) بنویسند که عملکرد بالاتری نسبت به Unity کلاسیک دارد.

کاربردهای Unity DOTS

1. بازی‌های با گرافیک بالا
در بازی‌هایی که دارای آبجکت‌های زیاد هستند، Unity DOTS باعث بهینه‌سازی پردازش و مدیریت بهتر منابع می‌شود. این موضوع برای دنیای باز (Open World) و بازی‌هایی با افکت‌های سنگین بسیار مفید است.

2. بازی‌های چندنفره (Multiplayer)
در بازی‌های آنلاین و چندنفره، پردازش سریع داده‌ها ضروری است. Unity DOTS با استفاده از C# Job System باعث کاهش لگ (Lag) و بهینه‌سازی عملکرد سرور و کلاینت می‌شود.

3. واقعیت مجازی (VR) و واقعیت افزوده (AR)
در برنامه‌های VR و AR، سرعت پاسخ‌دهی و اجرای روان تجربه کاربری را تعیین می‌کند. Unity DOTS با کاهش تاخیر پردازشی (Latency)، اجرای نرم‌تر و دقیق‌تر این فناوری‌ها را تضمین می‌کند.
 

---

مقایسه Unity DOTS و روش کلاسیک

1. مدل پردازش:

• Unity DOTS: از پردازش چندهسته‌ای و موازی بهره می‌برد که به بازی‌ها اجازه می‌دهد به‌طور همزمان محاسبات زیادی انجام دهند و از تمام هسته‌های CPU استفاده کنند. نمره: ⭐ 10/10
• روش کلاسیک: پردازش تک‌هسته‌ای و ترتیبی است، بنابراین محدود به پردازش‌های کم‌حجم‌تر و یک یا دو هسته CPU است. نمره: ⭐ 5/10

2. مدیریت حافظه:

• Unity DOTS: مدیریت حافظه به‌صورت بهینه و نزدیک به سخت‌افزار انجام می‌شود و از تکنیک‌هایی مانند بهینه‌سازی حافظه کش برای جلوگیری از Cache Miss استفاده می‌کند. نمره: ⭐ 9/10
• روش کلاسیک: حافظه به‌صورت پراکنده مدیریت می‌شود و بیشتر دچار Cache Miss خواهد شد که کارایی را کاهش می‌دهد. نمره: ⭐ 6/10

3. سرعت پردازش:

• Unity DOTS: در پردازش‌های سنگین و پیچیده، سرعت بالایی دارد و برای بازی‌هایی با ابجکت‌های زیاد مانند بازی‌های استراتژی بسیار مناسب است. نمره: ⭐ 10/10
• روش کلاسیک: در پردازش‌های پیچیده و با ابجکت‌های زیاد، کندتر عمل می‌کند و عملکرد به‌طور قابل توجهی ضعیف‌تر است. نمره: ⭐ 6/10

4. استفاده از پردازنده:

• Unity DOTS: از تمام هسته‌های CPU بهره می‌برد و پردازش موازی را به‌طور کامل پشتیبانی می‌کند. نمره: ⭐ 10/10
• روش کلاسیک: پردازش‌ها معمولاً محدود به یک یا دو هسته CPU است و از تمام ظرفیت پردازنده به‌طور کامل استفاده نمی‌کند. نمره: ⭐ 5/10

5. بهینه‌سازی کد:

• Unity DOTS: از Burst Compiler استفاده می‌کند که به‌طور خودکار کد را برای عملکرد بهتر بهینه می‌کند. نمره: ⭐ 9/10
• روش کلاسیک: نیاز به بهینه‌سازی دستی دارد که زمان‌بر و پیچیده‌تر است. نمره: ⭐ 6/10

6. پشتیبانی از پردازش‌های موازی:

• Unity DOTS: به‌طور کامل از پردازش‌های موازی پشتیبانی می‌کند و می‌تواند چندین وظیفه را به‌طور همزمان انجام دهد. نمره: ⭐ 10/10
• روش کلاسیک: پردازش‌ها معمولاً به‌صورت ترتیبی انجام می‌شوند و از پردازش‌های موازی پشتیبانی نمی‌شود. نمره: ⭐ 5/10

7. سهولت در مدیریت داده‌ها:

• Unity DOTS: با استفاده از معماری ECS، داده‌ها به‌صورت فشرده و کارآمد مدیریت می‌شوند. نمره: ⭐ 9/10
• روش کلاسیک: داده‌ها به‌صورت پراکنده و در چندین شیء مختلف مدیریت می‌شوند که باعث پیچیدگی می‌شود. نمره: ⭐ 6/10

8. کاربرد در بازی‌های با ابجکت زیاد:

• Unity DOTS: بسیار مناسب برای بازی‌های استراتژی که نیاز به مدیریت تعداد زیادی ابجکت دارند. به دلیل پردازش موازی، عملکرد بازی‌ها به شدت بهبود می‌یابد. نمره: ⭐ 10/10
• روش کلاسیک: در بازی‌هایی با ابجکت‌های زیاد، عملکرد کاهش می‌یابد و مدیریت این ابجکت‌ها با مشکلات زیادی مواجه می‌شود. نمره: ⭐ 6/10

9. پشتیبانی از ویژگی‌های پیچیده:

• Unity DOTS: قابلیت پشتیبانی از ویژگی‌های پیچیده مانند گرافیک بالا، هوش مصنوعی پیچیده و فیزیک پیشرفته را دارد. نمره: ⭐ 9/10
• روش کلاسیک: پشتیبانی از ویژگی‌های پیچیده محدودتر است و ممکن است نیاز به تغییرات زیادی داشته باشد. نمره: ⭐ 6/10

10. سازگاری با انواع پلتفرم‌ها:

• Unity DOTS: این سیستم به‌خوبی با انواع پلتفرم‌ها مانند کنسول‌ها، رایانه‌های شخصی، موبایل و VR سازگار است و بهینه‌سازی‌ شده برای استفاده روی سخت‌افزارهای مختلف است. نمره: ⭐ 10/10
• روش کلاسیک: در پلتفرم‌های مختلف بهینه‌سازی کمتری انجام می‌شود و ممکن است در برخی پلتفرم‌ها عملکرد ضعیف‌تری داشته باشد. نمره: ⭐ 7/10

---

 

نمونه کد نوشته شده به روش DOTS

using Unity.Entities;
using Unity.Transforms;
using Unity.Mathematics;

public class MovementSystem : SystemBase
{
    protected override void OnUpdate()
    {
        // گرفتن deltaTime برای حرکت نرم و یکنواخت
        float deltaTime = Time.DeltaTime;

        // اعمال حرکت بر روی تمامی موجودیت‌هایی که دارای Position و Speed هستند
        Entities.ForEach((ref Translation translation, in Speed speed) =>
        {
            // حرکت به سمت جلو بر اساس سرعت
            translation.Value.x += speed.Value * deltaTime;
        }).Schedule();
    }
}

public struct Speed : IComponentData
{
    public float Value;
}

public class GameSetup : MonoBehaviour
{
    void Start()
    {
        // ایجاد موجودیت‌ها و افزودن کامپوننت‌ها به آنها
        var entityManager = World.DefaultGameObjectInjectionWorld.EntityManager;

        // تعریف و ایجاد موجودیت
        Entity entity = entityManager.CreateEntity();

        // افزودن کامپوننت‌های Translation و Speed به موجودیت
        entityManager.AddComponentData(entity, new Translation { Value = new float3(0, 0, 0) });
        entityManager.AddComponentData(entity, new Speed { Value = 5f });
    }
}

 

 

نتیجه‌گیری

Unity DOTS انقلابی در بهینه‌سازی عملکرد بازی‌ها ایجاد کرده است. با استفاده از این فناوری، توسعه‌دهندگان می‌توانند بازی‌هایی سریع‌تر، بهینه‌تر و مقیاس‌پذیرتر بسازند.
اگر قصد افزایش کارایی بازی خود را دارید، پیشنهاد می‌شود از Unity DOTS استفاده کنید، به‌خصوص در پروژه‌هایی که شامل پردازش‌های سنگین، هوش مصنوعی، فیزیک پیچیده، بازی‌های چندنفره و دنیای باز هستند.