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esengine/docs/guide/scene.md
2025-10-11 11:33:07 +08:00

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# 场景管理
在 ECS 架构中场景Scene是游戏世界的容器负责管理实体、系统和组件的生命周期。场景提供了完整的 ECS 运行环境。
## 基本概念
场景是 ECS 框架的核心容器,提供:
- 实体的创建、管理和销毁
- 系统的注册和执行调度
- 组件的存储和查询
- 事件系统支持
- 性能监控和调试信息
## 场景管理方式
ECS Framework 提供了两种场景管理方式:
1. **[SceneManager](./scene-manager.md)** - 适用于 95% 的游戏应用
- 单人游戏、简单多人游戏、移动游戏
- 轻量级,简单直观的 API
- 支持场景切换
2. **[WorldManager](./world-manager.md)** - 适用于高级多世界隔离场景
- MMO 游戏服务器、游戏房间系统
- 多 World 管理,每个 World 可包含多个场景
- 完全隔离的独立环境
本文档重点介绍 Scene 类本身的使用方法。关于场景管理器的详细信息,请查看对应的文档。
## 创建场景
### 继承 Scene 类
**推荐做法:继承 Scene 类来创建自定义场景**
```typescript
import { Scene, EntitySystem } from '@esengine/ecs-framework';
class GameScene extends Scene {
protected initialize(): void {
// 设置场景名称
this.name = "GameScene";
// 添加系统
this.addSystem(new MovementSystem());
this.addSystem(new RenderSystem());
this.addSystem(new PhysicsSystem());
// 创建初始实体
this.createInitialEntities();
}
private createInitialEntities(): void {
// 创建玩家
const player = this.createEntity("Player");
player.addComponent(new Position(400, 300));
player.addComponent(new Health(100));
player.addComponent(new PlayerController());
// 创建敌人
for (let i = 0; i < 5; i++) {
const enemy = this.createEntity(`Enemy_${i}`);
enemy.addComponent(new Position(Math.random() * 800, Math.random() * 600));
enemy.addComponent(new Health(50));
enemy.addComponent(new EnemyAI());
}
}
public onStart(): void {
console.log("游戏场景已启动");
// 场景启动时的逻辑
}
public unload(): void {
console.log("游戏场景已卸载");
// 场景卸载时的清理逻辑
}
}
```
### 使用场景配置
```typescript
import { ISceneConfig } from '@esengine/ecs-framework';
const config: ISceneConfig = {
name: "MainGame",
enableEntityDirectUpdate: false
};
class ConfiguredScene extends Scene {
constructor() {
super(config);
}
}
```
## 场景生命周期
场景提供了完整的生命周期管理:
```typescript
class ExampleScene extends Scene {
protected initialize(): void {
// 场景初始化:设置系统和初始实体
console.log("场景初始化");
}
public onStart(): void {
// 场景开始运行:游戏逻辑开始执行
console.log("场景开始运行");
}
public unload(): void {
// 场景卸载:清理资源
console.log("场景卸载");
}
}
// 使用场景(由框架自动管理生命周期)
const scene = new ExampleScene();
// 场景的 initialize(), begin(), update(), end() 由框架自动调用
```
**生命周期方法**
1. `initialize()` - 场景初始化,设置系统和初始实体
2. `begin()` / `onStart()` - 场景开始运行
3. `update()` - 每帧更新(由场景管理器调用)
4. `end()` / `unload()` - 场景卸载,清理资源
## 实体管理
### 创建实体
```typescript
class EntityScene extends Scene {
createGameEntities(): void {
// 创建单个实体
const player = this.createEntity("Player");
// 批量创建实体(高性能)
const bullets = this.createEntities(100, "Bullet");
// 为批量创建的实体添加组件
bullets.forEach((bullet, index) => {
bullet.addComponent(new Position(index * 10, 100));
bullet.addComponent(new Velocity(Math.random() * 200 - 100, -300));
});
}
}
```
### 查找实体
```typescript
class SearchScene extends Scene {
findEntities(): void {
// 按名称查找
const player = this.findEntity("Player");
const player2 = this.getEntityByName("Player"); // 别名方法
// 按 ID 查找
const entity = this.findEntityById(123);
// 按标签查找
const enemies = this.findEntitiesByTag(2);
const enemies2 = this.getEntitiesByTag(2); // 别名方法
if (player) {
console.log(`找到玩家: ${player.name}`);
}
console.log(`找到 ${enemies.length} 个敌人`);
}
}
```
### 销毁实体
```typescript
class DestroyScene extends Scene {
cleanupEntities(): void {
// 销毁所有实体
this.destroyAllEntities();
// 单个实体的销毁通过实体本身
const enemy = this.findEntity("Enemy_1");
if (enemy) {
enemy.destroy(); // 实体会自动从场景中移除
}
}
}
```
## 系统管理
### 添加和移除系统
```typescript
class SystemScene extends Scene {
protected initialize(): void {
// 添加系统
const movementSystem = new MovementSystem();
this.addSystem(movementSystem);
// 设置系统更新顺序
movementSystem.updateOrder = 1;
// 添加更多系统
this.addSystem(new PhysicsSystem());
this.addSystem(new RenderSystem());
}
public removeUnnecessarySystems(): void {
// 获取系统
const physicsSystem = this.getEntityProcessor(PhysicsSystem);
// 移除系统
if (physicsSystem) {
this.removeSystem(physicsSystem);
}
}
}
```
### 系统访问
```typescript
class SystemAccessScene extends Scene {
public pausePhysics(): void {
const physicsSystem = this.getEntityProcessor(PhysicsSystem);
if (physicsSystem) {
physicsSystem.enabled = false;
}
}
public getAllSystems(): EntitySystem[] {
return this.systems; // 获取所有系统
}
}
```
## 事件系统
场景内置了类型安全的事件系统:
```typescript
class EventScene extends Scene {
protected initialize(): void {
// 监听事件
this.eventSystem.on('player_died', this.onPlayerDied.bind(this));
this.eventSystem.on('enemy_spawned', this.onEnemySpawned.bind(this));
this.eventSystem.on('level_complete', this.onLevelComplete.bind(this));
}
private onPlayerDied(data: any): void {
console.log('玩家死亡事件');
// 处理玩家死亡
}
private onEnemySpawned(data: any): void {
console.log('敌人生成事件');
// 处理敌人生成
}
private onLevelComplete(data: any): void {
console.log('关卡完成事件');
// 处理关卡完成
}
public triggerGameEvent(): void {
// 发送事件(同步)
this.eventSystem.emitSync('custom_event', {
message: "这是自定义事件",
timestamp: Date.now()
});
// 发送事件(异步)
this.eventSystem.emit('async_event', {
data: "异步事件数据"
});
}
}
```
### 事件系统 API
```typescript
// 监听事件
this.eventSystem.on('event_name', callback);
// 监听一次(自动取消订阅)
this.eventSystem.once('event_name', callback);
// 取消监听
this.eventSystem.off('event_name', callback);
// 同步发送事件
this.eventSystem.emitSync('event_name', data);
// 异步发送事件
this.eventSystem.emit('event_name', data);
// 清除所有事件监听
this.eventSystem.clear();
```
## 场景统计和调试
### 获取场景统计
```typescript
class StatsScene extends Scene {
public showStats(): void {
const stats = this.getStats();
console.log(`实体数量: ${stats.entityCount}`);
console.log(`系统数量: ${stats.processorCount}`);
console.log('组件存储统计:', stats.componentStorageStats);
}
public showDebugInfo(): void {
const debugInfo = this.getDebugInfo();
console.log('场景调试信息:', debugInfo);
// 显示所有实体信息
debugInfo.entities.forEach(entity => {
console.log(`实体 ${entity.name}(${entity.id}): ${entity.componentCount} 个组件`);
console.log('组件类型:', entity.componentTypes);
});
// 显示所有系统信息
debugInfo.processors.forEach(processor => {
console.log(`系统 ${processor.name}: 处理 ${processor.entityCount} 个实体`);
});
}
}
```
## 组件查询
Scene 提供了强大的组件查询系统:
```typescript
class QueryScene extends Scene {
protected initialize(): void {
// 创建一些实体
for (let i = 0; i < 10; i++) {
const entity = this.createEntity(`Entity_${i}`);
entity.addComponent(new Transform(i * 10, 0));
entity.addComponent(new Velocity(1, 0));
if (i % 2 === 0) {
entity.addComponent(new Renderer());
}
}
}
public queryEntities(): void {
// 通过 QuerySystem 查询
const entities = this.querySystem.query([Transform, Velocity]);
console.log(`找到 ${entities.length} 个有 Transform 和 Velocity 的实体`);
// 使用 ECS 流式 API如果通过 SceneManager
// const api = sceneManager.api;
// const entities = api?.find(Transform, Velocity);
}
}
```
## 性能监控
Scene 内置了性能监控功能:
```typescript
class PerformanceScene extends Scene {
public showPerformance(): void {
// 获取性能数据
const perfData = this.performanceMonitor?.getPerformanceData();
if (perfData) {
console.log('FPS:', perfData.fps);
console.log('帧时间:', perfData.frameTime);
console.log('实体更新时间:', perfData.entityUpdateTime);
console.log('系统更新时间:', perfData.systemUpdateTime);
}
// 获取性能报告
const report = this.performanceMonitor?.generateReport();
if (report) {
console.log('性能报告:', report);
}
}
}
```
## 最佳实践
### 1. 场景职责分离
```typescript
// 好的场景设计 - 职责清晰
class MenuScene extends Scene {
// 只处理菜单相关逻辑
}
class GameScene extends Scene {
// 只处理游戏玩法逻辑
}
class InventoryScene extends Scene {
// 只处理物品栏逻辑
}
// 避免的场景设计 - 职责混乱
class MegaScene extends Scene {
// 包含菜单、游戏、物品栏等所有逻辑
}
```
### 2. 合理的系统组织
```typescript
class OrganizedScene extends Scene {
protected initialize(): void {
// 按功能和依赖关系添加系统
this.addInputSystems();
this.addLogicSystems();
this.addRenderSystems();
}
private addInputSystems(): void {
this.addSystem(new InputSystem());
}
private addLogicSystems(): void {
this.addSystem(new MovementSystem());
this.addSystem(new PhysicsSystem());
this.addSystem(new CollisionSystem());
}
private addRenderSystems(): void {
this.addSystem(new RenderSystem());
this.addSystem(new UISystem());
}
}
```
### 3. 资源管理
```typescript
class ResourceScene extends Scene {
private textures: Map<string, any> = new Map();
private sounds: Map<string, any> = new Map();
protected initialize(): void {
this.loadResources();
}
private loadResources(): void {
// 加载场景所需资源
this.textures.set('player', this.loadTexture('player.png'));
this.sounds.set('bgm', this.loadSound('bgm.mp3'));
}
public unload(): void {
// 清理资源
this.textures.clear();
this.sounds.clear();
console.log('场景资源已清理');
}
private loadTexture(path: string): any {
// 加载纹理
return null;
}
private loadSound(path: string): any {
// 加载音效
return null;
}
}
```
### 4. 事件处理规范
```typescript
class EventHandlingScene extends Scene {
protected initialize(): void {
// 集中管理事件监听
this.setupEventListeners();
}
private setupEventListeners(): void {
this.eventSystem.on('game_pause', this.onGamePause.bind(this));
this.eventSystem.on('game_resume', this.onGameResume.bind(this));
this.eventSystem.on('player_input', this.onPlayerInput.bind(this));
}
private onGamePause(): void {
// 暂停游戏逻辑
this.systems.forEach(system => {
if (system instanceof GameLogicSystem) {
system.enabled = false;
}
});
}
private onGameResume(): void {
// 恢复游戏逻辑
this.systems.forEach(system => {
if (system instanceof GameLogicSystem) {
system.enabled = true;
}
});
}
private onPlayerInput(data: any): void {
// 处理玩家输入
}
public unload(): void {
// 清理事件监听
this.eventSystem.clear();
}
}
```
### 5. 初始化顺序
```typescript
class ProperInitScene extends Scene {
protected initialize(): void {
// 1. 首先设置场景配置
this.name = "GameScene";
// 2. 然后添加系统(按依赖顺序)
this.addSystem(new InputSystem());
this.addSystem(new MovementSystem());
this.addSystem(new PhysicsSystem());
this.addSystem(new RenderSystem());
// 3. 最后创建实体
this.createEntities();
// 4. 设置事件监听
this.setupEvents();
}
private createEntities(): void {
// 创建实体
}
private setupEvents(): void {
// 设置事件监听
}
}
```
## 完整示例
```typescript
import { Scene, EntitySystem, Entity, Matcher } from '@esengine/ecs-framework';
// 定义组件
class Transform {
constructor(public x: number, public y: number) {}
}
class Velocity {
constructor(public vx: number, public vy: number) {}
}
class Health {
constructor(public value: number) {}
}
// 定义系统
class MovementSystem extends EntitySystem {
constructor() {
super(Matcher.all(Transform, Velocity));
}
process(entities: readonly Entity[]): void {
for (const entity of entities) {
const transform = entity.getComponent(Transform);
const velocity = entity.getComponent(Velocity);
if (transform && velocity) {
transform.x += velocity.vx;
transform.y += velocity.vy;
}
}
}
}
// 定义场景
class GameScene extends Scene {
protected initialize(): void {
this.name = "GameScene";
// 添加系统
this.addSystem(new MovementSystem());
// 创建玩家
const player = this.createEntity("Player");
player.addComponent(new Transform(400, 300));
player.addComponent(new Velocity(0, 0));
player.addComponent(new Health(100));
// 创建敌人
for (let i = 0; i < 5; i++) {
const enemy = this.createEntity(`Enemy_${i}`);
enemy.addComponent(new Transform(
Math.random() * 800,
Math.random() * 600
));
enemy.addComponent(new Velocity(
Math.random() * 100 - 50,
Math.random() * 100 - 50
));
enemy.addComponent(new Health(50));
}
// 设置事件监听
this.eventSystem.on('player_died', () => {
console.log('玩家死亡!');
});
}
public onStart(): void {
console.log('游戏场景启动');
}
public unload(): void {
console.log('游戏场景卸载');
this.eventSystem.clear();
}
}
// 使用场景
// 方式1通过 SceneManager推荐
import { Core, SceneManager } from '@esengine/ecs-framework';
Core.create({ debug: true });
const sceneManager = Core.services.resolve(SceneManager);
sceneManager.setScene(new GameScene());
// 方式2通过 WorldManager高级用例
import { WorldManager } from '@esengine/ecs-framework';
const worldManager = Core.services.resolve(WorldManager);
const world = worldManager.createWorld('game');
world.createScene('main', new GameScene());
world.setSceneActive('main', true);
```
## 下一步
- 了解 [SceneManager](./scene-manager.md) - 适用于大多数游戏的简单场景管理
- 了解 [WorldManager](./world-manager.md) - 适用于需要多世界隔离的高级场景
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