В этой части на примере мода для Beat Saber мы рассмотрим общие принципы разработки модов для Unity-игр, узнаем, какие есть трудности, а также познакомимся с Harmony — библиотекой для модификации кода игр, которая используется в RimWorld, Battletech, Cities: Skylines и многих других играх. Хоть эта статья и похожа на туториал, как написать свой мод для Beat Saber, ее цель — показать, какие принципы используются при создании любых пользовательских модов и какие проблемы приходится решать при разработке. Все, что здесь описано, с некоторыми оговорками применимо для всех Unity-игр как минимум в Windows.  Источники изображений: 1, 2 Прошлая часть Информация из первой части не нужна для понимания того, что будет происходить здесь, но все равно советую с ней ознакомиться. Вот ее краткое (очень) содержание: Программные моды (также известные как плагины) — это dll-библиотеки, которые загружаются вместе с игрой и выполняют какой-то код, добавляя в игру новую функциональность или модифицируя существующую. Если у игры нет встроенной поддержки модов, то никакие dll-файлы она запускать не будет. Поэтому для внедрения сторонних модов используются специальные библиотеки, например BepInEx или IPA. В Beat Saber используется BSIPA — улучшенная версия IPA. Сначала ее просто адаптировали специально для Beat Saber, а сейчас она в техническом плане значительно превосходит оригинальную IPA и может использоваться для любых Unity-игр. Beat Saber является одной из самых популярных игр для VR-шлемов. Если у вас есть такой шлем, то, скорее всего, вы уже знаете, что такое Beat Saber. Если нет, то, возможно, вы видели хотя бы одно видео из игры в рекомендациях Youtube: Давайте напишем мод, который показывает время в игре. Он будет показывать текущее время (обычные часы), количество минут, проведенных в игре с ее запуска, и количество минут, активно проведенных в игре, т.е. только время, проведенное в основном геймплее с размахиванием мечей и без учета времени в меню и на паузе. В этой статье будет описана полная разработка мода, начиная с создания пустого проекта. Я разбил все на 5 шагов, в конце каждого шага будет краткий вывод об особенностях разработки модов. Если не хотите углубляться в код и детали, то можно просто пробежаться по выводам. Для полного понимания желательно знать основы Unity: работа со сценами, иерархия объектов, компоненты и их жизненный цикл. Для начала нам нужно сделать так, чтобы игра была пригодна для модов. Для этого в случае с Beat Saber нужно скачать ModAssistant, настроить его (ничего сложного), установить обязательные моды вроде BSIPA, SongCore и BS_Utils и установить другие моды по вкусу. Теперь игра поддерживает моды, а в папках с игрой есть все нужные для нас библиотеки, и можно приступать к разработке. В случае с другими играми нужно либо искать, что используется у них, либо читать мою прошлую статью про моды и добавлять поддержку модов самостоятельно. Все, что написано в данной статье, работает как минимум для Beat Saber версии 1.9.1 и BSIPA версии 4.0.5. Все развивается и меняется, поэтому если вы читаете этот текст спустя какое-то время после его публикации, то имейте в виду, что часть информации может устареть. Начнем с создания проекта и минимального набора сущностей, которые нужны, чтобы можно было добавить наш мод в игру и проверить, что он работает. Начальные шаги неплохо написаны на сайте Beat Saber Modding Group (далее просто BSMG). К сожалению, только начальные шаги там и описаны. Там предлагается несколько шаблонов Visual Studio для создания проекта на выбор — просто берете, какой нравится и создаете проект из шаблона. В этой статье мы пойдем более трудным путем и создадим проект с нуля. Берем любимую среду разработки для C# (у меня Rider), создаем новый C#-проект, выбираем Class Library в качестве целевой сборки и выбираем версию .NET, совместимую с Unity (у меня 4.7.2). Получаем пустой проект. Теперь создаем файлы мода. Json-файл, содержащий мета-данные для BSIPA. Помечаем его в проекте как EmbeddedResource, чтобы при сборке он добавлялся внутрь нашего dll-файла. $schema указывает на файл с описанием схемы для валидации формата. Файл лежит на GitHub в репозитории BSIPA. Нас это сильно волновать не должно, просто добавляем и забываем. В dependsOn указываем, какие сторонние моды мы используем в нашем собственном моде. BSIPA использует эту информацию, чтобы определить порядок загрузки dll-файлов. gameVersion и version используют семантическое версионирование. Теперь создаем класс, который будет точкой входа для нашего плагина. В BSIPA 3 нужно было написать класс, реализующий интерфейс IBeatSaberPlugin. BSIPA 3 считывала все классы из dll-файла мода, находила там класс, реализующий интерфейс IBeatSaberPlugin, и создавала объект этого класса — так запускался мод. В BSIPA 4 убрали интерфейс IBeatSaberPlugin. Теперь BSIPA ищет класс, помеченный атрибутом [Plugin], и методы с атрибутами [Init], [OnStart] и [OnExit]. Название класса может быть любое, но обычно его просто называют Plugin. Главное, чтобы пространство имен (namespace) соответствовало названию, которое мы указали в манифесте — в данном случае это BeatSaberTimeTracker. На этом этапе мы просто будем писать в лог, если был вызван какой-то метод. Чтобы это собралось, нужно указать компилятору, где определены атрибуты [Plugin], [Init], [OnStart] и [OnExit]. Для этого в свойствах проекта добавляем в зависимости файл IPA.Loader.dll. Будем считать, что моды у нас уже внедрены в игру, а значит, все нужные библиотеки уже лежат в папке с Beat Saber где-то в папках Steam. Библиотеки игры, Unity, системные библиотеки и файлы IPA лежат в папке Beat Saber/Beat Saber_Data/Managed. Все просто добавляют файлы прямиком из папки Steam в проект и так и выкладывают на GitHub, тут нечего стесняться. BSMG сами советуют так делать. Собираем наш мод, копируем получившийся dll-файл в папку Beat Saber/Plugins и запускаем игру. Для простой отладки не обязательно подключать VR-шлем, можно запустить игру из терминала с флагом fpfc. Игра запустится в режиме отладки с управлением мышью. Этого достаточно, чтобы потыкать кнопки в главном меню. После этого выходим из игры, идем в папку Beat Saber/Logs и ищем там логи для нашего мода. Поздравляю, наш мод работает. У любого мода должна быть точка входа. Это что-то типа аналога main в обычных программах. Детали реализации зависят от того, как именно работают моды: где-то нужно реализовать интерфейс, где-то использовать атрибуты или аннотации, а где-то просто добавить метод с определенным именем. Полный код текущего этапа На этом шаге сделаем так, чтобы мод делал что-то осмысленное, но еще не трогал код самой игры — добавим часы где-нибудь в углу и покажем время, проведенное в игре с ее запуска. Последуем принципу единственной ответственности и создадим новый класс TimeTracker. Класс Plugin нужен только для запуска и инициализации мода, никакой другой логики там быть не должно. На этом этапе класс TimeTracker будет создавать canvas в мировом пространстве, добавлять на него два текстовых поля и раз в секунду обновлять на них значения. Создаем объекты в Awake: Создаем объект, добавляем на него Canvas, настраиваем его, создаем два текстовых поля. Текстовые поля создаются в CreateText: Этот метод выглядит громоздко, но, по сути, мы здесь просто создаем объект TextMeshProUGUI и выставляем параметры RectTransform, которые мы в обычном случае установили бы в редакторе Unity. Тут мы подходим к одному серьезному ограничению при разработке модов для Unity-игр — у нас нет редактора Unity. У нас нет удобного графического интерфейса, и у нас нет сцены, на которой можно накидать все руками и сохранить в префаб — все нужно делать руками из кода. Из-за этого координаты объектов приходится подбирать экспериментально: пробуем какое-нибудь число, запускаем игру, смотрим в каком месте оказался текст. Меняем координаты, перезапускаем игру, смотрим. Повторять, пока текст не окажется там, где нужно. Чтобы хотя бы примерно понимать, какие координаты должны быть у элементов интерфейса, я сначала вывел на экран 400 текстовых полей: сетку 20 на 20. В каждом поле я выводил его координаты. Это помогло мне начать хоть как-то ориентироваться в координатах и масштабе сцены.  В Update обновляем значения на текстовых полях: Теперь обновляем наш класс Plugin, чтобы он создавал объект TimeTracker: Чтобы наш объект жил долго и счастливо и не был убит сборщиком мусора, нужно либо прикрепить его к какой-нибудь существующей сцене в игре, либо вызвать DontDestroyOnLoad(…). Второй способ проще. Чтобы все это работало, нам нужно добавить библиотеки Unity в список зависимостей проекта: UnityEngine.CoreModule.dll для GameObject и MonoBehaviour, UnityEngine.UI.dll и Unity.TextMeshPro.dll для TextMeshPro и UnityEngine.UIModule.dll для Canvas. Взять их можно все там же, в папке с игрой. Собираем dll-файл, копируем его в папку с плагинами, запускаем игру и любуемся результатом.  Смотрим логи: Все отлично, наш мод работает и уже даже приносит пользу. Пока что он живет своей жизнью — он не влияет на игру, а игра не влияет на него. Но из-за этого у нашего мода есть серьезная проблема: он показывает время всегда, даже если оно нам мешает. Например, в самом геймплее. С этим мы разберемся далее.  У нас нет исходных файлов игры, а значит, ее нельзя открыть в редакторе Unity и пользоваться теми же инструментами, что и при нормальной разработке. Приходится изучать, как все устроено, выводя информацию либо в логи, либо через UI в самой игре. Полный код текущего этапа
 Дифф с прошлым этапом На этом шаге начинаем контактировать с игрой. Будем считать активное время, проведенное в геймплее, и прятать UI мода, когда он не нужен. Для этого нужно научиться определять переходы из меню в основной геймплей и определять, поставили ли игру на паузу. Обновляем метод Update. Теперь будем использовать логическую переменную _trackActiveTime, чтобы включать и выключать отслеживание активного времени. Ну и выводим его в новое текстовое поле _activeTimeText. Создаем его так же, как и остальные, просто сдвигаем координаты чуть пониже. Теперь добавляем метод для включения и выключения отслеживания активного времени: Здесь мы устанавливаем _trackActiveTime и скрываем текстовые поля. Это заодно решает проблему из прошлого этапа, когда время показывалось в основном геймплее. Теперь нам нужно каким-то образом сделать так, чтобы основная игра вызывала SetTrackingMode(true), когда мы запускаем какой-то уровень, и SetTrackingMode(false), когда мы возвращаемся в меню или ставим игру на паузу. Проще всего это сделать через события. Для начала пойдем простым путем и добавим мод, который упрощает взаимодействие с игрой, а потом уже посмотрим, как это делается руками. Нам нужен мод BS_Utils. Добавляем в список зависимостей проекта библиотеку BS_Utils.dll из папки Beat Saber/Plugins (мы ее установили когда ставили моды через ModAssistant). Теперь добавляем BS_Utils в манифест. Это нужно для того, чтобы наш мод загружался после него. Находим в событиях BS_Utils те, которые нам нужны, подписываемся на них и переключаем отслеживание активного времени. Методы EnableTrackingMode и DisableTrackingMode я добавил просто для удобства, чтобы можно было их использовать как делегаты в событиях без аргументов. Собираем проект, копируем dll в Plugins, запускаем игру, проверяем. 

 Если бы мы просто разрабатывали мод для Beat Saber, то на этом этапе можно было бы и остановиться. Мод готов, он делает то, что мы хотели, и так, как мы хотели. Он использует сторонний мод BS_Utils, но почти все моды используют его. BS_Utils поддерживается одним из главных разработчиков в сообществе BSMG, так что не нужно переживать, что в какой-то момент он перестанет работать. Но это познавательная статья, поэтому мы пойдем дальше. И мы еще не все разобрали, что нужно для разработки модов. Если у игры большое сообщество моддеров, то, скорее всего, они уже сделали многое, чтобы облегчить работу друг другу. Например, в Beat Saber мод BS_Utils значительно упрощает работу с кодом игры, а BSML — это мод, позволяющий создавать графический интерфейс с помощью xml-конфигураций. Полный код текущего этапа Дифф с прошлым этапом Удаляем BS_Utils из зависимостей проекта и из манифеста. Компилятор сообщает нам, что BSEvents и его события теперь не определены. Их мы и будем заменять на этом шаге. Эти события срабатывают, когда активируется сцена с меню и сцена с основным геймплеем соответственно. Для работы со сценами у Unity есть статический класс SceneManager, у которого есть события sceneLoaded, sceneUnloaded и activeSceneChanged. Добавляем обработчики событий для них и просто выводим названия сцен в логи. Так как мы уже добавили библиотеку UnityEngine.CoreModule.dll в зависимости, проблем с определением SceneManager быть не должно. Собираем мод, запускаем игру, заходим в основной геймплей, выходим из него, выходим из игры, смотрим логи. Здесь так много разных сцен, потому что Beat Saber использует разные сцены для разных компонентов и загружает их в режиме Additive. Интерфейс на одной сцене, платформа с игроком — на другой. Анализируем логи и делаем вывод: отслеживать переход в основной геймплей можно, например, при активации сцены GameCore. По аналогии, переход в меню — по активации сцены MenuCore. Но с MenuCore есть проблема — судя по логам, она не активируется при запуске игры, когда мы только попадаем в меню. Поэтому для меню лучше использовать сцену MenuViewControllers. Еще одно полезное наблюдение: сцены для меню загружаются один раз при запуске игры и просто деактивируются при запуске геймплея, а вот сцены геймплея загружаются заново при запуске уровня. Это нам еще пригодится. Обновляем OnActiveSceneChanged: проверяем имя сцены и переключаем отслеживание активного времени: Для следующих событий придется покопаться в коде игры, поэтому переходим к настоящему реверс-инжинирингу. Теперь нам нужна библиотека, в которой содержится код Beat Saber. В папке «Beat Saber/Beat Saber_Data/Managed» лежат 2 библиотеки: Main.dll и MainAssembly.dll. Я сначала копался в MainAssembly.dll, из-за чего потратил 2 дня на отладку одного очень странного поведения. Оказалось, что по какой-то причине и Main.dll, и MainAssembly.dll содержат определения одних и тех же классов. Я использовал MainAssembly.dll, а в игре использовались классы из Main.dll. Возможно, какая-то ошибка при сборке билда у разработчиков игры. Судя по тому, что я узнал и посмотрел в других модах, все, что нам нужно, лежит в библиотеке Main.dll. Нам нужно посмотреть ее содержимое, а для этого нужен декомпилятор. На сайте BSMG советуют использовать dnSpy. Я использую Rider в качестве среды разработки, и у него есть встроенный декомпилятор, поэтому про dnSpy ничего конкретного сказать не могу, не пользовался. Но, судя по описанию, вещь полезная — это не только декомпилятор, но еще и дебаггер, который может подключаться к Unity-процессам. Дальше идет рутина: берем содержимое Main.dll и ищем класс, который делает то, что нам нужно. Это сложно, но по-другому никак. Разве что можно пойти в Discord-канал BSMG и спросить. Вам, скорее всего, ответят, потому что там много людей, которые уже когда-то декомпилировали Main.dll и что-то там искали (и нашли). Рано или поздно мы найдем класс GamePause, который отвечает в игре за включение и выключение паузы. У него есть два метода: Pause и Resume. А еще у GamePause есть два события: didPauseEvent и didResumeEvent. Отлично, нам даже не пришлось делать что-то сложное, у GamePause уже есть события, на которые мы можем подписаться. Значит, нам каким-то образом нужно получить ссылку на компонент GamePause. В Unity это можно сделать так: Этому методу все равно, на какой сцене компонент, что за объект и активен ли он. Если компонент создан, он будет найден. Но нужно как-то найти момент времени, когда этот компонент создан. Можно предположить, что он висит на каком-то объекте на одной из сцен в геймплее. Мы уже выяснили, что геймплейные сцены каждый раз создаются заново. У нас есть обработчики событий OnSceneLoaded и OnActiveSceneChanged, поэтому мы можем отловить там сцену GameCore и в этот момент попробовать получить ссылку на GamePause. Проблема в том, что он может создаваться динамически чуть позже, чем загружаются сцены, поэтому тут есть два варианта: поискать в игре событие, которое срабатывает после того, как GamePause создан (вряд ли такое есть), либо вызывать Resources.FindObjectsOfTypeAll каждый кадр, пока не найдем компонент. Например, через корутину: Запускаем ее в OnActiveSceneChanged для сцены GameCore: Собираем мод, запускаем игру и убеждаемся, что все работает. Также можно заглянуть в логи. Там видно, что GamePause существует сразу же после активации GameCore, а значит, корутина не нужна и можно ее убрать. Я решил оставить для надежности. Чтобы сделать мод для игры, нужно знать ее архитектуру и исходный код. Для этого приходится много времени тратить с декомпилятором, копаясь в исходном коде и пытаясь понять, как там все устроено. А копаться в чужом коде не всегда легко и приятно. Полный код текущего этапа Дифф с прошлым этапом На этом этапе начинается магия, мы взглянем на Harmony — библиотеку для модификации C#-кода, которая используется моддерами во многих играх. Ее автор — Andreas Pardeike (сайт, GitHub), работает ведущим iOS-разработчиком / архитектором в шведской полиции (Swedish Police Authority). В отличие от библиотеки Mono.Cecil из прошлой статьи про моды, которая модифицирует и перезаписывает dll-файлы с .NET-сборками, Harmony модифицирует код во время исполнения программы (runtime). Модифицировать можно только методы, что обычно достаточно, так как нам нужно модифицировать именно поведение, а не состояние. Для модификации состояния есть много других способов, в том числе стандартных. Модификации Harmony в терминах самой библиотеки называются патчами (patches). Есть несколько видов патчей: Самые популярные патчи — это Prefix и Postfix. Transpiler слишком сложный, так как это уже не C#, а IL-код, да и зачастую проще скопировать исходный метод через декомпилятор, изменить там что-то и заменить весь метод через Prefix/Postfix. Finalizer звучит полезно, но он появился только недавно, в Harmony 2.0, поэтому примеров его использования я еще не видел. Когда я только придумывал идею для мода, я думал, что Harmony мне понадобится сразу же, как только я решу убрать BS_Utils. Оказалось, что GamePause сам по себе содержит все нужные события, и теперь придется искусственно усложнить задачу, чтобы показать, как работает Harmony. Давайте представим, что в GamePause нет событий didPauseEvent и didResumeEvent, и нам нужно что-то с этим сделать. Так как мы все еще придерживаемся принципа единственной ответственности, создаем класс HarmonyPatcher. У него будет всего один метод: public static void ApplyPatches() {}, в котором будет примерно такой код: Этих двух строк достаточно, чтобы установить все патчи, который у нас есть (но их пока нет). «com.fck_r_sns.BeatSaberTimeTracker» — это имя пакета. Оно должно быть уникальным, чтобы не было коллизий с патчами из других модов. Теперь идем в класс Plugin, который у нас отвечает за старт и инициализацию мода, и добавляем туда вызов HarmonyPatcher.ApplyPatches() перед созданием TimeTracker. Переходим к написанию самих патчей. Для каждого метода, который мы хотим модифицировать, нужно написать отдельный класс. Каждый патч — это статический метод в этом классе. Чтобы указать, что это за патч, мы можем либо использовать соответствующее имя метода (например, метод с именем Prefix — это Prefix-патч), либо использовать любые имена и помечать методы атрибутами (например, [HarmonyPrefix]). Я всегда предпочитаю, чтобы код был явным и легко читаемым, поэтому я сторонник подхода с атрибутами. Начнем с патчей для метода GamePause.Pause(). Добавим в него Postfix-патч, который просто пишет в лог, что был вызван метод Pause() и сработал Postfix-патч. Атрибут [HarmonyPatch] указывает, какие класс и метод нам нужно модифицировать. Статический метод TestPostfixPatch помечен атрибутом [HarmonyPostfix], поэтому это Postfix-патч. Создаем аналогичный класс для GamePause.Resume() (можно в том же файле), собираем, запускаем игру, запускаем уровень, жмем паузу, снимаем паузу, выходим из игры, проверяем логи. Проверяем, что патчи применились: Проверяем, что Postfix-патчи сработали: Отлично, Harmony работает, можно переходить к логике. В нашем искусственном примере мы представили, что событий didPauseEvent и didResumeEvent не существует, а значит, нам нужно в Postfix-патчах что-то сделать, чтобы TimeTracker включал и выключал отслеживание активного времени. Тут мы натыкаемся на главную проблему Harmony — все патчи являются статическими методами. А TimeTracker — это компонент, который висит где-то в иерархии объектов и статическим явно не является. Тут я вижу два нормальных решения этой задачи. Первый — это сделать TimeTracker доступным из статического контекста. Например, сделать его синглтоном или каждый раз получать на него ссылку через Resources.FindObjectsOfTypeAll(). В BS_Utils, например, используется синглтон. Второй — это добавить класс со статическими событиями вроде BS_Utils.Utilities.BSEvents, который мы использовали на ранних этапах. Этот вариант мне нравится больше, давайте реализовывать его. Создаем класс EventsHelper: Теперь обновляем наши патчи, чтобы они вызывали эти события: GamePauseResumePatch делается аналогично. Пришлось добавить публичные методы FireOnGamePausedEvent и FireOnGameResumedEvent, так как нельзя вызывать события из-за пределов их класса. Теперь TimeTracker может в любой момент подписаться на события в EventsHelper. Получаем код со слабым зацеплением — именно из-за этого подход с событиями мне нравится больше, чем вариант с синглтоном или Resources.FindObjectsOfTypeAll(). Если мы соберем мод и запустим игру, то все будет работать. Однако, мы пока не учли одну деталь. В оригинальном коде GamePause.Pause() есть проверка от многократного перехода в режим паузы. Postfix-патч же будет вызван в любом случае: и если мы установили паузу, и если это было повторное нажатие. А значит, и событие EventsHelper будет срабатывать всегда, даже если фактического перехода в паузу уже не было. Давайте добавим Prefix-патч, в котором будем проверять текущее состояние паузы. Harmony позволяет читать и изменять приватные переменные класса, а также передавать состояние между патчами одного метода. В Harmony вообще много чего можно получить в патче: Начнем со структуры, которая будет хранить состояние: Нам нужно всего одно значение, чтобы отслеживать состояние паузы, поэтому структура избыточна, но как я уже писал выше, я люблю ясный код. PauseState __state — это более ясный код, чем просто bool __state. Теперь добавляем Prefix-патч: Здесь мы добавляем состояние с модификатором out, чтобы его можно было изменять, и приватную переменную ____pause (_pause и еще три подчеркивания перед ней). Просто сохраняем ____pause в __state — тут ничего хитрого. Теперь обновляем Postfx-патч: __state даст нам ту же структуру, которую мы записали в Prefix-патче. Сравниваем wasPaused с ____pause, чтобы проверить, что игра реально поставлена на паузу и вызываем событие. Полный код патчей Запускаем игру и проверяем, что все работает. Harmony — это очень полезная и важная для сообщества моддеров библиотека, которая используется в RimWorld, Battletech, Cities: Skylines, Kerbal Space Program, Oxygen Not Included, Stardew Valley, Subnautica и многих других играх. Полный код текущего этапа Дифф с прошлым этапом Создание модов — это довольно утомительный процесс. При разработке модов нужно постоянно копаться в декомпилированном коде, искать классы, которые делают то, что вам нужно, модифицировать их, постоянно пересобирать моды, чтобы проверить изменения в игре, страдать из-за отсутствия нормального режима отладки и полноценного Unity-редактора. А потом разработчики выпускают новую версию игры, в которой они поменяли логику, которая использовалась в моде, и нужно делать все сначала. Backend software developer (gamedev)