时间控制在游戏中是一类常见的功能，例如菜单里的暂停、倍速，再如《武士零》中的慢动作、倒带等时间系能力。最近初步尝试了一款时间控制插件Chronos，网上相关的中文资料比较少，不知道会不会踩坑，总之先记录一下使用笔记。

与《武士零》中可以预知未来、操控时间的药物“柯罗诺斯”一样，这款插件也以古希腊神话中的时间神命名，通过它可以控制游戏中的时间流速，实现倍速、暂停、时光倒流，同时它还提供针对单个物体、一组物体和指定区域内的时间控制。

从插件描述可以看出，虽然不能预知未来，但只要不是太复杂的时间控制功能，它基本都可以实现。

插件从2020年6月开始永久免费，在Asset Store下载并在Unity中导入即可：
https://assetstore.unity.com/packages/tools/particles-effects/chronos-31225

设计理念

在使用之前，先来了解它的设计理念。假设现在要做一个正经的塔防游戏，游戏有如下要求：

游戏时间与用户界面时间互不影响，游戏可以暂停、倍速，而用户界面始终保持正常速度。
每类物体（敌人、防御塔、玩家角色）的时间统一受游戏时间影响并且可以单独调整，它们之间互不影响。
每个物体的时间也可以单独调整，比如某种环境效果，让区域内的敌我单位加/减速。
时间流速改变时，动画、粒子效果等的速度要一同变化。

针对上述需求，Chronos给出了这样的结构：

Timekeeper
作为根节点，管理场景中的所有时钟，每个场景中只需要一个Timekeeper，是单例模式。

Global Clock
管理一组物体的时间，根节点下分为了Root与Interface两个时钟，Root用来管理游戏时间，Interface用来管理用户界面时间。Root时钟下又有Enemies、Turrets和Player时钟，Root时钟的流速改变时，这三个时钟都会随之改变。

Local Clock
与Global Clock类似，Local Clock用来管理单个物体的时间，对于玩家角色只存在一个的情况，Local Clock更为合适。

Timeline
可以理解为时钟的具体实施者，Timeline组件挂在各个游戏物体上，改变它们的时间流速。

Area Clock
改变区域内物体的时间流速，比如宣传图里的时间结界。

以上就是Chronos的核心组件，使用时添加好对应的组件就行了，比如这里的正经塔防游戏引入Chronos的步骤：

创建一个空物体，添加Timekeeper组件。

在同一物体上继续添加Global Clock组件，设置好它们的Key与父子关系。

如果有玩家角色（萝卜之类的），在玩家物体上添加Local Clock组件。
给防御塔、敌人、玩家角色物体添加Timeline组件，设置好对应的时钟。

在脚本中获取对应的时钟，改变它的timeScale来调整时间流速。

clock.localTimeScale = value;

运行效果（并不是塔防）：

这样就搞定了，是不是很简单，那么本篇笔记就到这里，最后祝您身体健康，再见。

深入使用

上面是官方教程中介绍的使用步骤，在项目中引入这个插件确实很简单，但个人更关心这些问题：

插件的作用范围，它支持哪些组件，如何配合使用，有哪些限制。
对于自己的脚本以及不支持的组件，如何进行扩展。
插件的实现原理，性能如何。

作用范围

从自带的示例可以看出，Chronos支持的Unity组件有Rigidbody、Animator、Nav Mesh Agent、Particle System、Audio Source等，在源码中可以看到它已适配的组件：

扩展

Timeline

在自己的脚本中引入时间控制，最基础的方法就是使用Timeline代替Unity的Time，比如原来使用Time.deltaTime，改为Timeline.deltaTime：

private void Start()
{
    timeline = GetComponent();
}

private void Update()
{
    if (targetingCounter > 0)
    {
        // targetingCounter -= Time.deltaTime;
        targetingCounter -= timeline.deltaTime;
        ...
    }
}

如果用到了内置组件，同样用Timeline中的对应组件代替，比如rigidbody改为Timeline.rigidbody：

// rb.velocity = targetDirection * targetSpeed;
timeline.rigidbody.velocity = targetDirection * targetSpeed;

完整的替换表：

https://ludiq.io/chronos/manual/migration

Occurrence

不远处有个怪物生成点（比如刷怪笼）在不停地刷怪，一大波僵尸正向我袭来，然后我灵机一动将敌方的时间流速改为了负二倍速，刷怪笼和一大波僵尸的时间都被逆转，它们回到了原来的位置——但仅限于此，僵尸并不会随着时光倒流而消失。

为什么呢？Chronos会按设置的时间间隔，不断记录物体的各种信息，在时光倒流时进行回溯，但它并不会记录什么时候物体被生成，什么时候需要被销毁，这部分工作需要我们自己完成。

为此Chronos提供了一个叫Occurrence的工具，通过Timeline调用，结构长这样：

timeline.Do
(
    true, // 是否可重复执行
    delegate() // 前向操作
    {
        // 生成物体并返回它
    },
    delegate(object transfer) // 逆向操作
    {
        // 销毁对应的物体
    } 
);

有点电影《信条》的感觉，这里前向操作与逆向操作是成对的，时间正常流转时执行前向操作，时间倒流时执行对应的逆向操作。

使用示例：

private void Start()
{
    timeline = GetComponent();
    StartCoroutine(Spawn());
}
private IEnumerator Spawn()
{
    while (true)
    {
        timeline.Do(
            true, // 允许重复执行
            () =>
            {
                // 前向操作
                if (num >= maxNum)
                    return null;
                var go = Instantiate(prefabs[Random.Range(0, prefabs.Length)]);
                go.transform.position = spawnPoint.position;
                go.transform.rotation = spawnPoint.rotation;
                num++;
                return go;
            },
            (gameObject) =>
            {
                // 逆向操作
                if (gameObject != null)
                {
                    Destroy(gameObject);
                    num--;
                }
            });
        yield return new WaitForSeconds(spawnInterval);
    }
}

使用Timeline与Occurrence，可以满足一些简单的需求，对于更复杂的情况，比如物体数值与状态的记录与回溯，则可能需要做一套完整的适配。目前个人项目需求比较简单，暂时没到这一步，之后如果有做相关的扩展再来补充。

一些坑

Chronos并不是万能的，官网列出了它的限制：

https://ludiq.io/chronos/manual/limitations

如果粒子系统需要支持时间回溯，其中的限制可能影响较大：

低速(小于0.25倍速)时粒子系统可能会卡顿。
粒子系统的模拟空间只能是本地。
不支持粒子的碰撞检测。

这些问题主要是由粒子系统的Simulate方法引起的，后面的原理分析中会提到。可以说大部分限制的原因都来自引擎底层，看了下插件的最后更新时间，这些问题多半是不会修复了。

除了上面提到的限制，个人在使用过程中也遇到了一些问题：

粒子系统如果勾选了Play On Awake，运行时会报错：

这是由于Chronos在初始化时会将粒子系统的随机种子改为固定的值，而此时粒子已经开始播放了，Unity不支持这个操作所以报错。可以取消勾选Play On Awake，初始化完后再调用播放，注意是通过timeline的particleSystem来播放，不能直接调用。

timeline.particleSystem.Play();

并不能直接影响Shader中的时间速度，需要另外适配。
如果有时间回溯功能，在倒带时需要注意屏蔽玩家控制，避免引起冲突，比如角色控制脚本中，仅在timeScale为正时开启玩家控制。

原理分析

只是粗略看了一下源码，可能会有一些分析得不对的地方。

Timekeeper、Global Clock的树形结构以及对Timeline的管理比较好理解，这部分就不看了，更值得关注的是Timeline是如何控制组件的时间流速的，这里从Timeline的源码开始阅读。

在Timeline的父类TimelineEffector中，定义了一堆它已适配的组件类，每个类与Unity的内置组件相对应：

这些XXXTimeline均继承自ComponentTimeline类，实现IComponentTimeline接口，虽然这里也命名为组件，但它们不继承Unity的Component，仅持有对应Unity组件的引用，可以看作是Unity组件的一层包装。

在Awake中，调用CacheComponents方法，获取当前物体上挂载的Unity组件，将其包装成对应的Timeline组件，初始化并存入components列表中：

注意这里的注释，如果运行过程中添加或移除了物体上相关的Unity组件，则需要重新调用一次这个方法。

Timeline组件的初始化方法Initialize中只有一个CopyProperties的调用：

CopyProperties的实现因组件而异，通常其中会记录一些与时间相关的参数，例如Animator组件记录播放速度、Audio Source组件记录音高。

初始化中针对一些组件有特殊的处理逻辑，比如Rigidbody与Transform，具体可以看源码，这里就不过多介绍了。

Start或OnEnable中，Timeline将应用对应时钟的时间流速timescale，并调用所有组件的AdjustProperties方法：

AdjustProperties中应用时间流速，例如Animator组件调整播放速度、Nav Mesh Agent组件调整移动速度与转向速度、粒子系统调整simulationSpeed等等。

常用的事件函数中调用所有组件的对应事件函数：

对大部分内置组件来说，光是调整速度还无法做到时间倒流的效果，Chronos对不同的组件采用了不同的解决方法。

Animator
Animator是相对简单的一个，将它的播放速度设置为负数就可以倒放了。在时间正常流转时，调用Animator的StartRecording录制，在时间倒流时，倒放之前的录制结果。

Transform、Rigidbody
对于Transform，Chronos用了一个自定义的RecorderTimeline组件，RigidbodyTimeline组件同样继承于它。时间正常流转时，按设置的录制间隔将物体的位置、旋转等信息(缩放默认被注释了，需要可以自己打开)录制成Snapshot并缓存起来，在时间倒流时逐个应用这些Snapshot。

Particle System
根据是否要支持时间回溯，Chronos将粒子系统组件分为两个，NonRewindableParticleSystemTimeline与RewindableParticleSystemTimeline。

不可回溯的实现很简单，根据Timeline的timeScale调整粒子系统的simulationSpeed即可；
可回溯的粒子系统是通过Simulate方法来实现的，Simulate方法可以让粒子系统立即达到到指定时间点的状态。时间正常流转时，记录粒子系统的播放状态（启用、禁用、播放、暂停），在倒带时还原这些播放状态。

Simulate也带来了上面提到的问题：

低速卡顿，这个问题Unity从2015年到现在都没修复，但个人测试感觉不太明显，处于可接受的范围。
不断调用导致模拟空间不断更新，所以粒子的模拟空间仅限本地。
不支持粒子的碰撞检测。

总结
从源码中可以得知，Chronos初始化时需要对游戏物体上的Unity组件做一层包装，常用的事件函数（Start、OnEnable、FixedUpdate、Update、OnDisable）中会遍历所有包装组件并调用相关方法，在Timeline的Update中还包含对Occurrence的处理等等。如果要支持时间回溯，在游戏运行时需要对某些组件的状态进行录制，录制按指定的时间间隔执行，不同组件占用的内存空间不同。

如果自己的脚本需要完全接入Chronos，可以像上面哪些组件一样，继承ComponentTimeline，并加入到Timeline的初始化过程中。

对于各组件中的录制功能，Timeline提供了统一的参数配置，可以调整录制间隔与录制的最大时长，并会给出预计消耗的内存：

如果游戏不需要时间回溯功能，那么可以取消勾选Rewindable以节省性能。
具体的性能测试还没有做，大概率鸽了。

[Unity]时间控制插件Chronos的基本使用与原理分析