UE4架构

参考文献：

• UE4中的OnlineSubsystem与Session (opens new window)
• UE4-游戏框架 (opens new window)

总览

UE4启动会加载Level，Level可以看成是一个World容器，其他类之间的关系如下：

下面是对它们的说明：

1. 使用玩家输入或者AI逻辑控制Pawns

   • Controller是一个负责指导Pawn的Actor。它们通常有两种版本，AIController和PlayerController。控制器可以“拥有”一个Pawn来控制它。
   • PlayerController是Pawn与玩家控制他之间的接口。其代表了玩家的意志。
   • AIController是一个可以控制Pawn的模拟意志。

2. 代表世界的玩家、朋友、敌人

   • Pawn是一个actor。Pawn可以被Controller持有，他们可以接收输入，可以做很多游戏逻辑。
   • Character是一个人形风格的Pawn，继承自Pawn。他默认自带一个胶囊体碰撞器和角色运动组件。他可以做到基本的人形移动，他可以平滑的复制移动并且有一些动画相关的功能。

3. 向玩家展现信息

   • HUD是一个抬头显示器。可以显示健康、弹药等，每个PlayerController通常有一个。
   • Camera相当于玩家的眼球并且管理他的行为。每个PlayerController通常也有其中一个。

4. 设置与追踪游戏的规则

   • 游戏模式（GameMode）游戏的概念分为两类。GameMode与GameState是游戏的定义，包括像游戏规则的事情，胜利的条件。他只存在于服务器上。他通常没有太多的数据变化，也没有客户端需要了解的瞬态数据。
   • 游戏状态（GameState）包括像关联球员名单得分，那里的作品是一盘棋，或者游戏中的任务完成列表。GameState存在于所有服务器与客户端上，可自由复制使所有计算机保持最新状态。
   • 玩家状态（PlayerState）是游戏参与者的状态，PlayerState包含玩家姓名，得分，类似MOBA的匹配等级。所有玩家的PlayerState存在于所有机器上，可以自由复制保持同步。

GameInstance

能够横跨所有UE4关卡，UE4关闭时才会关闭。它不会因为切换关卡或者切换游戏模式而被销毁。然而，GameMode会在切换关卡或者游戏模式时销毁重置，这样它们里面的状态就不能被保存,GameMode的声明周期同Level是一样的。比如，你想在下一个关卡中知道上一个关卡游戏角色的位置，这时就得在GameInstance中保存游戏角色在上一个关卡的位置。

GameState

该Game State是负责使客户能够监视游戏的状态。从概念上讲，Game State应该管理想让所有连接的客户端知道的信息，并且特定于Game Mode，但不是特定于任何单个玩家。它可以跟踪游戏范围内的属性。Game State不是追踪玩家特定事物的最佳位置，例如特定玩家在Capture The Flag比赛中为球队得分的数量，因为Player State可以更清晰地处理。通常，GameState应该跟踪在游戏过程中发生变化的属性，并且对每个人都是相关且可见的。虽然Game Mode仅存在于服务器上，但Game State存在于服务器上并被复制到所有客户端，随着游戏的进行使所有连接的计算机保持最新状态。

当游戏中与规则相关的事件发生并需要跟踪并与所有玩家共享时，该信息将通过Game State进行存储和同步。这些信息包括：

• 游戏运行了多长时间（包括本地玩家加入前的运行时间）。
• 当每个玩家加入游戏时，以及该玩家的当前状态。
• 当前游戏模式的基类。
• 游戏是否已经开始。

AGameStateBase是基本实现，它的一些默认功能包括：

功能或变量	使用
GetServerWorldTimeSeconds(获取服务器世界时间)	这是服务器的UWorld功能版本，GetTimeSeconds将在客户端和服务器上同步，因此可以用于复制。
PlayerArray(玩家数组)	这是所有APlayerState对象的数组，为游戏中的所有玩家做某事时非常有用。
HasBegunPlay(是否开始游玩)	如果BeginPlay已在游戏中的actor上调用该函数，则返回true 。

GameMode

GameMode设置了游戏的规则，比如"最先经过终点的玩家获胜"，他也处理players的生成。在联网状态下会是一个服务端，来控制连入它的客户端行为。在多人联网时，GameState可以Replicate而GameMode不能，为了数据安全考虑，GameMode只在服务器存在。所以，GameState可以允许客户端访问一些游戏数据如：得分、匹配时间，而访问不了GameMode里面的敏感数据。GameMode负责的主要规则包括：

• 现有的球员和观众人数，以及允许的最大球员和观众人数。
• 玩家怎样进入游戏，其中包括选择生成位置和其他生成/重生行为的规则。
• 是否可以暂停游戏，以及如何开始游戏的暂停。
• 关卡之间的切换，包括游戏是否应该以电影模式启动。

Game Modes都是AGameModeBase子类，其中包含可以覆盖的相当多的基本功能。一些常见功能包括：

函数/事件	目的
InitGame(初始化游戏)	InitGame事件在任何其他脚本之前调用（包括PreInitializeComponents），并且通过AGameModeBase初始化参数和生产其辅助类。这是在任何Actor运行PreInitializeComponents之前调用的，包括Game Mode实例本身。
PreLogin(预登陆)	接受或拒绝尝试加入服务器的玩家。Login函数设置ErrorMessage为非空字符串，则导致该函数失败。PreLogin在Login之前调用，并且在调用Login之前可能会经过大量时间，特别是如果加入的玩家需要下载游戏内容。
PostLogin(处理登陆)	成功登录后调用。这是第一个可以安全地在PlayerController调用复制函数的地方。OnPostLogin可以在Blueprint中实现以添加额外的逻辑。
HandleStartingNewPlayer(处理启动的新玩家)	在PostLogin或者无缝旅行之后调用，可以在蓝图中覆盖，以改变新玩家的情况。默认情况下，它会为玩家创建一个pawn。
RestartPlayer(重新启动玩家)	被调用来开始产生一个玩家的Pawn。如果你想命令Pawn将在哪里生产同样有有RestartPlayerAtPlayerStart和RestartPlayerAtTransform可用。OnRestartPlayer可以在Blueprint中实现在函数结束后添加逻辑。
SpawnDefaultPawnAtTransform(在指定transform生产默认Pawn)	这实际上产生了玩家的Pawn，并且可以在蓝图中被覆盖。
Logout(登出)	当玩家离开游戏或被摧毁时调用。OnLogout可以实现蓝图逻辑。

AGameMode包含一个跟踪匹配状态或一般游戏流程的状态机。要查询目前的状态，您可以使用GetMatchState来获取，现在对它们的状态简要描述：

状态名	描述
EnteringMap	这是最初的状态。actor还没有每帧更新，世界还没有完全初始化。当物品完全加载时，它将转换到下一个状态。
WaitingToStart	HandleMatchIsWaitingToStart在进入时被调用。玩家正在每帧更新，但Players还没有产生。如果ReadyToStartMatch返回true，或者如果StartMatch被调用，它将转换到下一个状态。
InProgress	是游戏的主要部分将发生的状态。HandleMatchHasStarted在输入时调用，然后在所有Actors调用BeginPlay。此时，正常的游戏玩法正在进行中。当ReadyToEndMatch返回true或被EndMatch调用时，匹配将转换到下一个状态。
WaitingPostMatch	HandleMatchHasEnded在进入时被调用。actors仍然在每帧更新着，但新玩家无法加入。当地图传输开始时，它会转换到下一个状态。
LeavingMap	并在进入时调用HandleLeavingMap。该匹配在转移到新地图时保持此状态，并将转换回该地图EnteringMap。
Aborted	是故障状态，可以通过调用AbortMatch启动。当存在不可恢复的错误时设置此项。

设置GameMode

有几种方法可以为一个关卡设置游戏模式，从最低优先级到最高优先级排序：

1. 设置/Script/EngineSettings.GameMapsSettingsDefaultEngine.ini文件部分中的GlobalDefaultGameMode条目将为项目中的所有地图设置默认游戏模式。

   [/Script/EngineSettings.GameMapsSettings]
   GlobalDefaultGameMode="/Script/MyGame.MyGameGameMode"
   GlobalDefaultServerGameMode="/Script/MyGame.MyGameGameMode"
   

2. 要覆盖单个地图的项目设置，请在编辑器的世界设置选项卡中设置GameMode覆盖。

3. URL可以传递给可执行文件，以强制游戏加载特定选项。使用该game选项设置Game Mode。

   UE4Editor.exe /Game/Maps/MyMap?game=MyGameMode -game
   

4. 最后，可以/Script/Engine.WorldSettings/在DefaultEngine.ini文件的部分中设置映射前缀（以及URL方法的别名）。这些前缀为具有给定前缀的所有地图设置默认游戏模式。

   [/Script/EngineSettings.GameMapsSettings]
   +GameModeMapPrefixes=(Name="DM",GameMode="/Script/UnrealTournament.UTDMGameMode")
   +GameModeClassAliases=(Name="DM",GameMode="/Script/UnrealTournament.UTDMGameMode")
   

GameSession

可以把GameSession想象成是服务端的一个房间，所有玩家可以搜索房间并选择加入某个房间进行会话。它会处理是否同意登录请求，权威认证，是在线游戏的接口。

目前UE的机制里面，Session信息都是包含在OnlineSubsystem里面的。因为不同的平台有不同的验证机制，所以除了基本的IP地址端口等信息外，不同平台对Session的处理还可能有不同的内容，这样就出现了IOnlineSession接口以及对应平台的如FOnlineSubsystemNull这样的类，他把具体的Session信息封装，加入一些与当前OnlineSubsystem相关的操作与处理。

最后几个类（FOnineSession，FNamedOnlineSession, FOnlineSesssionInfo），其实就是具体的Session信息。里面都是常见的Session数据，比如用户唯一ID，服务器IP地址，玩家数量配置等。前面不管是GameSession或者是OnlineSubsystem，最终操作的都是这里的数据。

和Session有关的几个类图关系如下：

AGameSession顾名思义，其实其本身并不是Session信息的产生者与拥有者，他主要的目的就是负责Gameplay游戏逻辑与具体的底层Session机制的交互。比如游戏里面有一个在网络上寻找Session的功能，那么一般我们会通过游戏逻辑（比如UI按钮事件）调用GameSession的查找Session功能，GameSession会进一步从OnlineSubsystem里面查询Session。

PlayerController

PlayerController（玩家控制器）是Pawn和控制它的人类玩家间的接口。PlayerController本质上代表了人类玩家的意愿。

当您设置PlayerController时，您需要考虑的一个事情就是您想在PlayerController中包含哪些功能及内容。您可以在Pawn中处理所有输入， 尤其是不太复杂的情况下。但是，如果您的需求非常复杂，比如在一个游戏客户端上的多玩家、或实时地动态修改角色的功能，那么最好 PlayerController中处理输入。在这种情况中，PlayerController决定要干什么，然后将命令（比如“开始蹲伏”、“跳跃”）发布给Pawn。

同时，某些情况下，则必须把输入处理或其他功能放到PlayerController中。PlayerController在整个游戏在过程中都是一直存在的，但是Pawn可能是临时存在的。 比如，在死亡竞技模式的游戏中，您可能死了又重生，所以您将获得一个新的Pawn，但是您的PlayerController都是一样的。在这个示例中，如果您将分数保存到您的Pawn上， 那么分数将会重置，但是如果您将分数保存到PlayerController上，它将不会重置。

PlayerState

PlayerState包含玩家姓名，得分，类似MOBA的匹配等级。所有玩家的PlayerState存在于所有机器上，可以自由复制保持同步。

切换地图时，PlayerController默认是不会被销毁的，而PlayerState默认会被销毁

如果PlayerState中有变量需要跨地图传递，可以有如下两种实现方法:

1. 可以在PlayerController中增加相应的变量，然后在PlayerController派生类中的InitPlayerState（重载）方法中，获取该变量，再给PlayerState中对应的变量赋值。

2. Playerstate切地图后会调用CopyProperties，可以在你的PlayerState的派生类中重写改方法，把上一个地图中的PlayerState需要的属性赋值到新地图的PlayerState中，如下是ShooterGame的代码，跨地图传递TeamNumber。断线重连后也会调用CopyProperties方法，可以通过变量bFromPreviousLevel判定PlayerState是否来自于前一个关卡，如果不是，就可以认为是断线重连属性，这样可以处理玩家掉线后属性丢失的问题。

   

Pawn

Pawn是玩家控制的实体，是玩家在游戏中的物理表示。E也是从Actor中再派生出了APawn，并定义了3块基本的模板方法接口：

1. 可被Controller控制
2. PhysicsCollision表示
3. MovementInput的基本响应接口

子类

Pawn有三个重要子类：ADefaultPawn，ACharacter，ASpectatorPawn，其中前两者是直接继承自Pawn，最后是继承自ADefaultPawn。

DefaultPawn

因为我们每次想自己搞Pawn都得从Pawn派生过来，然后再一个个添加组件。UE知道我们大家都很懒，所以提供了一个默认的Pawn：DefaultPawn，默认带了一个DefaultPawnMovementComponent、spherical CollisionComponent和StaticMeshComponent。也是上述Pawn阐述过的三件套，只不过都是默认套餐。

SpectatorPawn

UE的FPS做的太好了，就会有一些观众想要观战。观战的玩家们虽然也在当前地图里，但是我们并不需要真正的去表示它们，只要给他们一些摄像机“漫游”的能力。所以派生于DefaultPawn的SpectatorPawn提供了一个基本的USpectatorPawnMovement（不带重力漫游），并关闭了StaticMesh的显示，碰撞也设置到了“Spectator”通道。

Character

因为我们是人，所以在游戏中，代入的角色大部分也都是人。大部分游戏中都会有用到人形的角色，既然如此，UE就为我们直接提供了一个人形的Pawn来让我们操纵。像人一样行走的CharacterMovementComponent， 尽量贴合的CapsuleComponent，再加上骨骼上蒙皮的网格。同样的三件套，不一样的配方。 有些人一开始的时候会困惑应该选择Pawn还是Character，其实从继承体系中就可以了解到Character只不过是Pawn的加强特化版本。一般来说，如果你控制的角色是人形的带骨骼的，那就选择Character吧。而如果是VR中的一双手（假设只有一双手），因为移动模式和显示都算不太上人形，顶多只能算是个漂浮的“幽灵”，所以还是用Pawn方便些。

游戏界面

游戏界面一般由两个主要部分组成：平头显示信息(HUD)和 菜单或用户界面(UI)。

HUD

(HUD)(平视显示信息) 是指在游戏过程中覆盖在屏幕上的状态及信息。HUD的作用是告知玩家 在游戏中的当前状态，也就是，分数、它们的生命值、剩余时间等。 HUD通常是不能交互的，这意味着玩家不能点击HUD的元素，尽管这会变成一个灰色区域， 但在某些类型的游戏中，HUD和用户界面是很难区分的。

UE4中的HUD中常用来管理UMG。

UI

用户界面(UI) 是指菜单和其他的交互性元素。这些元素通常和 HUD 一样覆盖地 描画在屏幕上，但是在某些情况下，用户界面可能会作为游戏世界本身的一部分渲染到 世界中的一个表面上。最明显的用户界面示例是游戏启动时显示的主菜单， 或者玩家暂停游戏时显示的暂停菜单。但是，其他的用户界面可能在游戏过程中显示。这些用户界面 可以用于显示游戏中或者在更复杂的情形(比如RTS或RPG)中两个玩家之间的对话， 它们可以集成到游戏本身中，允许玩家选择武器、弹药、要建立的战队等。

区别

• HUD Canvas是来自UE3（甚至可能更老）的东西，在UMG被引入之前处于UE4中，并作为选项保留。
• UMG是Slate的蓝图延伸，Slate是为编辑器专门制作的窗口UI框架（以前的UE编辑器使用了Window的库），但它也可以用在游戏中。但是Slate类不在UObject环境之外而在反射系统之外，这就是为什么它需要UMG包装来使其与蓝图一起工作。

其他概念

• GameViewportClient：是一个高层级的抽象接口，它负责一些具体平台的渲染，audio，以及输入子系统，它是引擎到游戏视口的接口。一般每个游戏的实例只创建一个GameViewportClient，到目前为止唯一有一个游戏实例却有多个GameViewportClient的场景是由多于一个PIE窗口运行。
• GameUserSetting：可用于用户全局游戏设置。可设置分辨率，锯齿。
• WorldSetting：用于当前关卡的设置。

坐标系

方向

UE4和Unity3d都是左手坐标系，只不过不同是代表前后不一样：

方向	UE4轴	Unity3d轴
前方	x轴	z轴
上方	z轴	y轴
右方	y轴	x轴

旋转角度

有三个概念：

• Pitch：围绕Y轴(右方)，向上向下看。
• Yaw：围绕Z轴(上方)，以圆旋转，北方为正，南方为负。
• Roll：围绕X轴(前方)，顺时针为正，逆时针为负。

在UE4面板上，设置旋转为roll，pitch，yaw。但是在C++的FRotator中时pitch，yaw，roll。这点要尤其注意。