Unity手机游戏性能优化系列

NoiseFloor

有一种奋斗叫学习 加油同学们
对惹，这里有一个游戏开发交流小组，希望大家可以点击进来一起交流一下开发经验呀
做手机游戏开发的时,经常会遇到手机游戏的性能问题，手机游戏的性能问题可能有很多的方面，今天我们从CPU调优的角度来給大家介绍一下常用的CPU调优的一些经验和手段。这些经验和手段都有可能随着时间与环境的变化改变而改变，具体还是要以实际的为准，先定位性能问题，再上具体的手段。接下来我们从CPU的性能调优的角度来总结一下Unity手游开发中需要注意和优化CPU的一些点。我们把手机游戏的CPU调优分成几个模块，列举一下每个模块的一些经验，供大家参考。模块如下:
(1) 渲染模块;
(2) 物理模块;
(3) 动画模块与粒子系统;
(4) 逻辑代码优化;
渲染模块调优
渲染模块是游戏开发中的性能大户，首先建议开启多线程渲染模式，在Unity项目中Project Setting里面默认开启了Multithreaded Rendering的，建议大家一般不要去改。单线程渲染流程中，游戏每一帧执行的时候，先调用组件的Update, 做完大量的逻辑运算等，最后做渲染相关的指令调用。如果是单线程，就需要在主线程main thread里面去提交操作显卡，在过程中容易产生主线程等待外部设备的状态就绪等，照成卡顿导致帧率下降。而此时可能有其它的CPU核心处于空闲状态，所以为了发挥手机上的多核优势，我们可以把这部分用多线程来做，也就是是我们stats里面的render thread, 让其它的CPU核心去处理这个事情，而不是让主线程等在上面。对于开启了多线程的渲染的游戏来说，还会有Gfx.WaitForPresent，等待渲染完成，如果这个函数非常耗时，说明了，目前GPU的工作压力很大，这个时候就要考虑去优化GPU相关的内容。
影响渲染CPU执行效率的本质就是两个东西，一个是渲染的面数(Triangle), 一个是渲染提交的次数(Drawcall)。这个部分很多开发者就会陷入一个所谓的标准”手机上模型一般多少个面合适？”这种问题其实没有任何意义的，需要结合自己的游戏来进行实测。时空背景不一样，游戏玩法不一样结果就不一样。一半我们的做法就是到自己目标客户的机型上进行实测。在我们的Shader确定后的效果下，我们目标客户的机型上面能跑多少个面。然后我们结合游戏的玩法，这些面放在哪些地方。比如近距离我们的面就分配得多，远距离就分配得少。重要主角面分配得多，不重要物体的面分配得少。也可以通过LOD工具在低端手机上减少模型面数。Drawcall大家比较熟悉了，有动态合批，静态合批，SRP Batcher合批,GPU Instancing合批,具体可以参考教程《Unity 如何优化Drawcall》。还有一个被很多人忽视的就是Set Pass Call开销，在这个过程中，第一次加载Shader容易造成瞬间卡顿。Shader.CreateGPUProgram, 解决的方案是运行的时候做好Shader缓存，避免瞬间CPU卡顿。
渲染中还有一个比较让人容易忽视的问题就是culling, 当一个游戏场景中相机数目越多的时候culling的占比就可能会越高。另外如果场景中有很多的小物体，也可能会导致culling的耗时比较高，可以考虑动态加载分块显示，考虑使用Culling Group、Culling Distance来进行优化。另外还要注意一下开启了遮挡剔除Occlusion Culling带来的开销。我们开启遮挡剔除Occlusion Culling,确实降低了渲染的压力，但是同时也增加了CPU的计算，如果发现Occlusion Culling,是性能瓶颈的时候,最后需要进行开启与关闭来权衡利弊。同时Culling中有FinalizeUpdateRendererBoundingVolumes函数占用过高，说明现在在游戏运行过程中不断的更新物体的包围盒，这个时候，可能需要检查一下，哪些Skinned Mesh或者粒子导致了不断的更新包围盒,看能否避免。
在UGUI的优化中，主要是检查UI的逻辑响应函数是否占用过高，同时把不用事件响应的UI元素去掉选项”Raycast Target”, 这样不用在每个UI元素去检测用户是否有UI操作，减少EventSystem.Update()耗时开销。每个Canvas会调用BuildBatch为UI元素合并的Mesh。一旦UI元素发起移动，这样就会引发BuildBatch, 合并过程是在其它线程处理的，如果合并的消耗过大，就会导致主线程发起等待。这个是我们我们可以把静态的物体分到一个Canvas,动态的物体分到一个Canvas,这样，能降低合并的难度与合并的开销。UGUI的使用过程中也注意一下几个点:
（1）同一Canvas下的UI元素才能合批。不同Canvas即使Order in Layer相同也不合批；
（2）尽量使用图集，让UI Drawcall合并有可能;
（3）在同一Canvas下、且材质和图集一致的前提下，尽量把同一个图集的节点放一起渲染，避免打乱drawcall合批；
（4）将相关UI的Pos Z尽量统一设置为0，Z值不为0的UI元素只能与Hierarchy中相邻元素尝试合批，所以容易打断合批。
（5）对于Alpha为0的Image，需要勾选其CanvasRender组件上的Cull Transparent Mesh选项，否则依然会产生DrawCall且容易打断合批。
最后选取合适的渲染管线与策略也是渲染性能与效果的关键，比如使用URP做实时光照等。
物理模块调优
不使用物理引擎的项目，我们可以关闭物理引擎的Auto Simulation, 如果不用射线检测等，还可以关闭物理的射线检测(Auto Sync Transform)。物理引擎的迭代，主要是在FixedUpdate去迭代物理世界的Update,如果FixedUpdate的调用频率的次数越高，那么物理迭代次数就越高,更新越频繁。物理引擎的迭代参数设置,如图 1.1-1:


图1.1-1
Fixed Timestep: 独立于帧率，按照固定的时间间隔进行迭代,物理引擎就是基于它，迭代;
Maximum Allowed Timestep: 允许最大的时间步长, 物理计算的时间开销，不允许超过这个值，限定了单帧的物理计算的最大时间, 所以这个值越小，迭代的次数可能就越少。
可以通过调节这两个值来调整物理引擎的迭代次数与开销。由于FixedUpdate的迭代与帧率无关，所以不要在FixedUpdate里面写过多的复杂的逻辑。最后控制物理引擎中刚体的数目,这个结合自己的项目来做设定，用性能好的碰撞器来代替性能查的碰撞器。
动画模块与粒子系统
使用新版的Mechanic动画系统Animator控制动画代替传统的Legacy的Animation控制动画。功能上的好处比如人形动画就不说了,在性能上骨骼动画且曲线较多的动画，使用Animator的性能是要比Animation要好，因为Animator是支持多线程计算的， Animator还可以通过开启Optimized GameObjects进行优化。所以动画控制Animator比Animation要高效一些。还有一种就是动画在每个顶点在每一帧都Bake出来，用空间换时间的方法来做好处理，适合MOBA、SLG中的小兵具体可以参考《千人战斗场景优化》教程。
控制Active Animator的一个方法是针对每个动画组件调整合理的Animator.CullingMode设置。该设置有三个选项：
AlwaysAnimate:当前物体不管是不是在视域体内，或者在视域体被LOD Culling掉了，Animator的所有东西都仍然更新；其中，UI动画一定要选AlwaysAnimate，不然会出现异常表现。
CullUpdateTransforms: 当物体不在视域体内，或者被LOD Culling掉后，逻辑继续更新，就表示状态机是更新的，动画资源中连线的条件等等也都是会更新和判断的；但是Transform这些显示层的更新就不做了。在不影响效果的前提下把部分动画组件尝试设置成CullUpdateTransforms可以节省物体不可见时动画模块的显示层耗时。
CullComplete:完全不更新，适用于场景中相对不重要的动画效果，在低端机上需要保留显示但可以考虑让其静止的物体，分级地选用该设置。
Animator还有个很重要的标志就是开启Apply Root Motion,如果动画不发生位移，就不要开启这个选项,开启后可能会导致动画中Animator.ApplyBuiltinRootMotion开销过高。
当我们Active/Deactive一个Animator组件物体的时候，会导致Animator.Initialize函数的调用,当检测到这个开销比较大时，可以将其移出屏幕,比如关闭Animator组件,scale = 0,而代替activie/deactive。
Meshskinning.Update和Animators.WriteJob网格资源对于动画模块耗时的影响是十分显著的。一方面，Meshskinning.Update耗时较高时。主要因素为蒙皮网格的骨骼数和面片数偏高，所以可以针对网格资源进行减面和LOD分级。另一方面，默认设置下，我们经常发现很多项目中角色的骨骼节点的Transform一直都是在场景中存在的，这样在Native层计算完它们的Transform后，会回传给C#层，从而产生一定的耗时。在场景中角色数量较多，骨骼节点的回传会产生一定的开销，体现在动画模块的主函数之一PreLateUpdate.DirectorUpdateAnimationEnd的Animators.WriteJob子函数上。可以考虑勾选FBX资源中Rig页签下的Optimize Game Objects设置项，将骨骼节点“隐藏”，从而减少这部分的耗时。
粒子系统开销与粒子系统数量和Playing状态的粒子系统数量有关。前者是指内存中所有的ParticleSystem的总数量(包含正在播放的和处于缓存池中的)；后者指的是正在播放的ParticleSystem组件的数量(包含了屏幕内和屏幕外)，针对这两个数值，我们一方面关注粒子系统数量峰值是否偏高，可选中某一峰值帧查看到底是哪些粒子系统缓存着、是否都合理、是否有过度缓存的现象；另一方面关注Playing数量峰值是否偏高，可选中某一峰值帧查看到底是哪些粒子系统在播放、是否都合理、是否能做些制作上的优化。在底端机上就可以考虑控制这些粒子数量，或者干脆关闭粒子特效来让游戏流畅，具体可以从这个角度去操作与思考。
逻辑代码调优
逻辑代码编写就没有什么可说的了，平常注意一些开发代码的习惯，避免过的new 对象导致的GC等，提升算法的时间空间复杂度，用空间换时间，用时间换空间，多线程处理来发挥多核优势, 做好代码review。具体的结合自己的项目做好对应的处理。
今天的分享就到这里了，关注我们学习更多的Unity开发的相关知识。