游戏开发46课 性能优化5
3. CPU优化
性能优化最主要的一部分工作是CPU，CPU性能优化好了，离目标就成功了一半。
3.1 缓存计算结果
缓存计算是空间换时间的经典应用，它适用于那些耗费大量CPU计算而计算结果无需每帧变化的逻辑。实现伪代码：
std::map<KeyType, ValueType> _cache;ValueType Calculate(KeyType key) { // 先尝试从缓存中获取结果，有就直接返回。 if (_cache.count(key) > 0) { return _cache; } // 缓存不存在，执行真正的计算，并缓存计算结果。 ValueType res = DoCalculation(key); _cache = res; return res; }
适用场景举例：
[*]复杂数学计算。Sin/Cos/Pow/Sqrt等运算要花费一定计算量，如果是第一次计算，可以将结果缓存起来，下次遇到相同的计算，直接从缓存中取值。
[*]物理模拟结果。物体的物理模拟过程耗费大量计算，但有些物体模拟完之后就处于静止状态，可以将它之前的模拟结果存下来，防止每帧更新计算。现代主流商业引擎都支持这种优化。
[*]光照贴图。光照贴图是离线将场景的静态光影计算并缓存成贴图，渲染时只需要采样光照贴图的颜色，极大降低了光照计算复杂度。
[*]搜索结果。例如场景节点搜索，场景节点一般采用树形结构，如果查找的节点很深，将显著增加遍历次数，此时很有必要将查找结果缓存起来。
[*]逻辑模块复杂的计算。游戏的逻辑模块，涉及到复杂的计算都可尝试用缓存法降低CPU负担。
3.2 预处理
缓存法利用空间换时间的思想，会增加内存开销；而预处理是将时间转移的思想，它并不会增加内存消耗。将需要花费大量时间加载或运算的逻辑，在启动程序后/加载场景时/切换界面前/进入战斗前等时机预先计算或加载，避免渲染时因CPU负载过高出现帧率波动或卡顿现象。
3.3 限帧法
限帧法简单粗暴，但效果显著，是常见的一种优化手段。限制频率的对象可以是World.Update，物理模拟，粒子计算，角色AI处理，角色状态更新等等。限帧可以通过以下方法实现：
[*]计数法。用一个变量记录更新次数，每累计到某个数才执行更新。
int _frameCounter = 0 void Update(float time) { _frameCounter += 1; // 更新频率降为每10帧一次。 if (_frameCounter % 10 == 0) { DoUpdate(); // 执行真正的更新 _frameCounter = 0; // 重置计数器 } }
[*]计时器。利用Timer机制触发，每隔固定时间触发一次更新。
[*]协程。协程是运行于主线程的伪线程，但可以模拟异步操作，没有多线程的副作用。故而也可以用于限帧操作。
[*]事件触发。每帧查询状态改成事件触发，也是游戏常用的一种优化手段，用来限帧也非常有效。
3.4 主次法
主次法跟LOD技法有异曲同工之妙。思路也是将物件按重要程度划分为高中低级别，然后不同级别采用不同复杂度的效果或计算。这种思路在游戏中可以广泛应用，基本所有消耗高的逻辑或模块都可以采用这个技法。例如：
[*]画质等级。将游戏分为若干等级，画质最高到最低采用不同的渲染技术或资源，区别对待。
[*]资源等级。场景/特效/灯光/物理效果/导航等等模块都可以根据画质等级或物件等级对应不同级别的资源，整体上可以减少消耗，又能兼顾画质效果。
[*]角色分级。主角英雄/Boss等和小怪物/NPC区分开来，前者更新频率更高，AI行为更复杂更智能，而后者采用简单效果或降频更新。
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