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title:	Entity-Component-Systems
Author:	Christopher Arndt
Date:	2016-01-13
description:	Einführung in Entity Component Systems
keywords:	presentation, restructuredtext, ECS, entity component systems

Entity-Component-Systems

Folien & Beispiele:

http://github.com/SpotlightKid/talk-ecs-pycologne

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Was bedeutet Entity-Component-Systems?

• Strukturelles (architektonisches) Entwurfsmuster
• Zur Entkoppelung von Objekten
• Trennung von Objektidentität, Daten und Verhalten
• Datengesteuerte Programmlogik

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Das Problem

• Objektorientierter Ansatz führt bei Spielen oft zu Problemen mit der Klassenhierarchie.
• Game-Objekte haben die Tendenz, aufgebläht zu werden und zu eng mit den anderen Programmteilen gekoppelt zu sein.
• Änderungen des Verhaltens von Game-Objekten machen oft Änderungen an vielen Stellen des Codes notwendig.

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Problematische Klassenhierchie

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Bestandteile eines ECS

• Entitäten (Entities)
• Komponenten (Components)
• Systeme (Systems, Processors)
• Welt (World)

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Entitäten

• Sind nur ein Unique Identifier
• Enthalten keine Daten
• Werden in der World-Datenbank gespeichert
• Können einfache Integer sein

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Komponenten

• Sind reine Datencontainer
• Enthalten keine oder kaum Programmlogik
• Sind unabhängig von anderen Komponenten
• Als Struct oder einfache Klasse nur mit Datenattributen implementiert

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Beispiel

class Position:
    def __init__(self, x, y):
        self.x = x
        self.y = y

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Entities und Components

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Implementierung in Python

entities = {
    <entity ID #1>: {
        Component1: <component1 instance>,
        Component2: <component2 instance>
    },
    <entity ID #2>: {
        Component1: <component1 instance>,
        Component3: <component3 instance>
    }
}

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Systeme

• Wirken auf die Entitäten, die eine bestimmte Menge von Komponenten haben
• Iterieren in jedem Simulationsschritt über alle diese Entitäten
• Verändern ggf. die Komponentendaten und/oder lösen aufgrund dieser bestimmte Aktionen aus
• Z.B. Veränderung der Position eines Objekts auf Basis seiner Geschwindigkeit, Senden einer Nachricht and Event Listener bei Kollisionen, usw.

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Beispiel

class System:
    def __init__(self, world):
        self.world = world

    def process(self):
        for entity, comp1, comp2 in world.get_components(Component1, Component2):
            do_something(entity, comp1, comp2)

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Welt

• Bildet die Datenbank der vorhandenen Entitäten
• Verknüpft diese mit Komponenten
• Enthält alle Systeme, die auf die Entitäten und Komponenten wirken
• Ruft alle Systeme der Reihe nach in jeder Iteration der Simulation auf

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Struktur

class World:
    ...

    def step(self):
        for system in self.systems:
            system.process()

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esper

• Python-Bibliothek zur Implementierung von ECS
• Unabhängig von der benutzten Grafik- oder Gamebibliothek
• Python 3 (inoffizieller Python 2 Branch)

Auf Github:

https://github.com/benmoran56/esper

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Beispielprogramme

• headless_example.py
• pyglet_example.py

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Danke für die Aufmerksamkeit!

Slides:

http://github.com/SpotlightKid/talk-ecs-pycologne

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