开发者日志01：用 GDScript 撑起上万个同屏角色

修改于10/2115 浏览

项目开工时定了三条约束，后面几乎所有技术决策都是从这里推出来的：

低配也要流畅。1920×1080 下平均 60 FPS，1% 低帧不低于 45 FPS。同屏有上千个近景角色、上万个远景实例，还有几百个动态对象。工期短，只有一个程序。系统数量要少，耦合要低，改动要能快速验证。美术只出白色剪影。明暗、起伏、晃动、饱和度全部交给着色器。第一条直接否掉了"一个对象一个节点"的写法。几千个节点各自跑 _physics_process，光是 GDScript 的调用开销就超出预算。所以大批量对象一律是"结构数组存数据 + MultiMesh 画出来"，节点数量和对象数量无关。

分层：逻辑层不认识场景树 scripts/ logic/ 纯逻辑：继承 RefCounted，只吃参数、吐结果 systems/ Node：持有逻辑模型，把数据画出来 ui/ 界面 autoload/ Config / Assets / Settings / Run config/ BalanceConfig 资源定义 logic/ 下的类有三条硬规矩：继承 RefCounted，不访问任何节点，不读全局单例（配置以参数传入）。这样它们可以在 headless 模式下直接 new() 出来测，结果也完全确定。

systems/ 下的节点只做两件事：在物理帧里把输入交给逻辑模型，在渲染帧里把模型的数组写进 GPU 缓冲。

固定的更新顺序 Godot 的节点处理顺序取决于场景树结构，改一下节点位置就可能改变行为。这里不依赖它：关卡控制器 LevelController 在自己的 _physics_process 里按固定顺序调用各个系统，其他系统节点不写 _physics_process。物理帧固定 60 Hz，所有逻辑都在物理帧里推进；_process 只负责表现（写缓冲、更新 uniform、相机、HUD）。

暂停用的是 SceneTree.paused 加分层的 process_mode：世界节点是 PAUSABLE，控制器、音乐和界面是 ALWAYS。不同的暂停场景共用这一套机制。

场景文件只有 4 行 scenes/ 下的 .tscn 只有一个挂着脚本的根节点，整棵树都在代码里搭。好处有三个：diff 清楚，不会出现 .tscn 合并冲突，每个节点为什么存在都能在代码里找到出处。

新关卡通过继承 LevelController 并覆盖几个钩子方法实现，是标准的模板方法模式：

搭建本关的地面与场景道具；返回远景实例不放置的地面矩形。

func _build_arena() -> Array[Rect2]: ...

本关的完成条件，每个物理帧在各系统之后调用。

func _tick_goal(dt: float) -> bool: ...

相机跟随的地面目标点。

func _camera_target() -> Vector2: ...

每个渲染帧最后调用，更新本关特有的表现。

func _render_arena(_delta: float, _real_dt: float) -> void: ... 3. 数据布局：结构数组 + 空闲栈动态对象池是典型的 SoA（Structure of Arrays）：每个属性一条 Packed 数组，按槽位下标对齐。容量在 setup() 里一次分配好，运行期间不再扩容。

var alive: PackedByteArray = PackedByteArray() var pos: PackedVector2Array = PackedVector2Array() var hp: PackedFloat32Array = PackedFloat32Array() var flash: PackedFloat32Array = PackedFloat32Array()

……

var _free: PackedInt32Array = PackedInt32Array()

func spawn(p: Vector2, hp_value: float, look: float = 0.5) -> int: if _free.is_empty(): return -1 var i: int = _free[_free.size() - 1] _free.resize(_free.size() - 1) alive[i] = 1 # …… 空闲槽位用一个栈管理，分配和释放都是 O(1)。初始化时按倒序压栈，前几次分配拿到的是低位下标，活跃对象自然集中在数组前部。相比一个对象一个 RefCounted，这样没有对象分配，没有引用计数，也不需要逐个释放。

空间哈希：每帧用计数排序重建所有邻近查询都走自己写的均匀网格，没有用物理引擎。需求只是"圆和圆的距离判断"，物理引擎在这里太重，而且结果不好单测。

网格用的是类似 CSR（压缩稀疏行）的布局：cell_start 长度为单元数 + 1，记录每个单元在 cell_items 里的起点；cell_items 是按单元排好序的点下标。重建是两遍扫描加一次前缀和，复杂度 O(N)：

节选自 SpatialGrid.rebuild()

第一遍：统计每个单元的点数

for i: int in n: var p: Vector2 = points[i] var c: int = cell_y(p.y) * cols + cell_x(p.x) _cell_of[i] = c _counts[c] += 1

前缀和：每个单元在 cell_items 里的起点

var running: int = 0 for c: int in cols * rows: cell_start[c] = running running += _counts[c] cell_start[cols * rows] = running

第二遍：按单元把点下标写进去

_counts.fill(0) for i: int in n: var c: int = _cell_of[i] cell_items[cell_start[c] + _counts[c]] = i _counts[c] += 1 查询结果写进一个复用的成员数组 result，只有前 result_count 个有效，查询过程不分配内存。区域外的点归入最近的边缘单元，不会越界。

它的单元测试很直接：随机单元尺寸（0.3 到 3 米）、随机点集（故意放一部分在区域外）、随机查询圆，20 轮 × 30 次查询，结果必须和暴力遍历逐个相同。

人群模拟：只算醒着的人近景人群是上千个代理的分离 + 回流模拟。如果每帧对所有人做邻域分离，开销和总人数成正比。实际上绝大多数人站在原位一动不动，所以引入了休眠：

偏离原位不到 1 毫米、速度接近 0、又不在焦点附近的代理不参与计算。醒着的人挤到睡着的人时，把对方标记为 2（本帧刚醒），加入活动列表，下一帧正常参与计算。标记值和 1 区分开，避免同一对被处理两次。两个醒着的人只由编号小的一方处理这一对。这样每帧的计算量只和"被扰动的人数"有关，总人数可以放得很大。

回到原位用的是临界阻尼弹簧。配置里写的是直观的"从 2 米外回到 0.1 米以内的用时 T"，运行时反算角频率。临界阻尼从静止出发时，偏移比为 (1 + ωt)·e^(−ωt)，令它等于 0.05，解得 ωT ≈ 4.7439：

临界阻尼弹簧满足 (1 + x)·e^(−x) = 0.05 时的 x，用于由"回流目标用时"反算角频率。

const RETURN_X: float = 4.7439

setup()

omega = RETURN_X / cfg.return_time

_return_home()：半隐式欧拉

var v: Vector2 = vel[i] + (-w2 * offset - damping * vel[i]) * dt vel[i] = v pos[i] += v * dt 两个小细节：

两点完全重合时没有分离方向。这里按编号以黄金角取一个固定方向（Vector2.from_angle(index * 2.39996323)），既避免除零，相邻编号的方向也天然错开。分离阶段复用上一帧末尾重建的网格。每帧位移只有几厘米，候选单元基本不变，省掉一次重建。开发机实测，450 个代理全部处于活动状态时，人群模拟每帧平均 0.6 ms，1% 最差 1.9 ms，在设计预算（2 ms）以内。

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