Unity VR性能优化散记

Doris232

我的项目当前运行情况：
Unity 2021，URP 12；
一些跟随主角移动的载具和UI，场景中一些元素动态添加；
Batches 50左右(UI，场景各占一半) ，Tris 20K；
在一个算力很低的一体机上50FPS左右；

性能目标：
一般来讲，屏幕刷新率(FPS)要达到 75 Hz 以上，人眼才不易感觉出屏幕的闪烁。
游戏进行优化，首先要确定性能瓶颈，然后针对cpu、gpu、内存进行优化，这里就需要利用性能分析工作来帮助我们做决策：
Unity Profiler：是我们比较常用的检查工具，其中GC和Time是关键指标，如果你的设备支持GPU Usage的话，可以通过Time ms 来看看GPU的耗时更大还是CPU的耗时更大 。
GC Alloc展示了每帧在Mono堆上进行内存分配的代码，过于频繁的在堆上分配内存会导致Mono定期触发GC.Collect操作，进而导致游戏卡顿。
Time ms展示了每一帧CPU耗时最高的函数，通过这项可以找到耗时不合理的代码，然后进一步对代码进行优化。这里我们有几个标记需要了解，当我们选择CPU Usage在下面选择Hierarchy的时候，使用Time ms排序如果发现耗时最多的函数是WaitForTargetFPS、WaitForRenderThread的话，就要利用Timeline再继续分析等待的线程 ，可以参照unity官方文档的profiler-markers。
当发现某个Update函数特别耗时时，没有有效的手段进一步定位问题出自该Update函数的哪一个模块或哪一段代码。可以使用Profiler提供的性能采样接口，来更精确地分析定位代码存在的性能问题：Profiler.BeginSample Profiler.EndSample()
Frame Debug：通过Enable按钮可以抓取当前渲染帧的全部数据。 了解不能合批的原因，DrawCall过多的原因。例如，同一张图集，为什么会多一个DrawCall，因为对象的材质不同。工具会提示为什么会有一个新的drawcall产生，还可以用来查看比如SRP Batcher的合批情况。
除了针对unity的分析工具 ，我的工程还有一些蓝牙传输等在java、c++部分的任务，定位的时候也可以用像adb top -H来分析线程cpu、内存使用情况，比如HeapTaskDaemon线程cpu占用比较搞要考虑GC方面。

批处理：
使用批处理技术减少DrawCall数目。批处理技术原理是减少每帧需要的DrawCall数目，即每次调用DrawCall时尽可能的处理多个物体。
动态批处理：
条件限制：进行批处理的网格顶点属性规模要小于900，如果Shader有三个属性，那么顶点数目不能超过300个。
多Pass的Shader会中断批处理。在前向渲染中，我们有时需要使用额外的Pass来为模型添加更多的光照效果，这样一来，模型就不会被动态批处理了。

静态批处理：
无论是动态批处理还是静态批处理，都要求模型之间需要共享同一个材质。如果两个材质之间只是使用的纹理不同，可以使用Unity的Sprite Atlas 或者 TexturePacker把这些纹理合并到一张图集（atlas）。

SRP Batcher：
URP或者HDRP中，相邻的Shader变体一样就能合批，可以使用不同的材质但依然能够达到合批的效果，可以写几个通用的Shader来应用在大部分场景上，这样就会有效提升性能。

减面：如果Tris数值很大需要减少三角面数，一般来说需要减面都是由美术人工操作 ，产出不同面数的模式还可以做LOD，LOD允许当对象逐渐远离摄像机时，减少模型上的面片数量，从而提高性能。如果觉得人工减面成本太高，自动化减面工具也可以得到还不错的结果，比如微软免费的Simplygon(也有收费版本)，可以直接在Unity中对模型进行面数的精简，还包含其他一系列的模型优化功能。面数精简的同时会充分考虑到UV、法线，还可以对贴图进行合并。

射线：在unity xr比较常规的交互方式是通过射线(XRRayInteractor)，在我的项目中因为视角再频繁的移动旋转，所以射线也会一直跟着变化，这造成了交互计算上的浪费，这里可以限定Raycast Mask，不必要的不勾选Raycast Target等方式来减少计算量 ，同时也可以考虑如果没有移动vr手柄的情况下关闭Raycast检测。

抗锯齿：开抗锯齿 MSAA x 4 效果不错但是性能影响严重，不开的话效果也确实看不过去，MSAA x2 效果，性能折中。也可以尝试像Fast FXAA高性能插件

多视图渲染模式（Multiview Rendering）即原先的单通道立体渲染模式（Single Pass Stereo Rendering：
多视图渲染模式下，可使用单个摄像机完成双目图像渲染，即：先将场景内容渲染至左眼纹理，然后将场景内容自动复制到右眼纹理上，同时自动修正顶点位置等相关参数。该模式可减少一半的绘制调用和遮罩剔除，明显提升复杂场景的帧率，十分适用于对性能要求高的应用。Single Pass 模式不支持屏幕后处理。该选项针对所有场景，全局生效。
TextMeshPro：UUGUI的Text组件把所有需要显示的字符放到在纹理中，放大字体会有毛边或锯齿，一个更好的解决方案是用TextMeshPro，不使用像素来代表字符的形状，而使用Signed Distance Field（SDF）即有向距离场作为主要的文本渲染管线来定义字符的形状，矢量文字不会因为放大缩小而变的不清晰；
可以通过不同的着色器来实现描边，阴影，发光等效果，表现更出色的同时性能也更好，同时也可以很方便的来合批；
不过TextmeshPro需要提前制作字体文件(Font Asset),只适用于可以提前确定的文字范围，如果也没有放大缩小的需求并且还是提前可以确定的，建议直接做成图片。
HDR(高动态范围渲染)：纹理的每一个颜色通道的范围为0-1，所以它能够表示强度为1的光照级别。可是入射光的强度没有固有的上限。太阳是很是明亮的光源的一个例子，它的强度远大于咱们在眼睛受损以前所能感知的强度。可是许多常规光源也会产生强度超过观察者极限的光，HDR的目的是 当图形过量了 亮的部分会退化为均匀的白色 ，这看起来不太好 ，这是一个转换问题 ，HDR提供了存储更多明亮的数据(存储超过1的颜色值)，并将其转换为可见的颜色。HDR纹理的颜色通道包含浮点值而不是8位值, 所以它们须要更多的内存，这意味着你仅应在须要时使用HDR，如果没有需要关掉它会节省不少内存。
VSync(垂直同步): 显示器上的所有图像都是一线一线的扫描上去的，无论是隔行扫描还是逐行扫描，显示器都有两种同步参数——水平同步和垂直同步。选择等待垂直同步信号, 及时迅速的绘制完一屏的图像，也要等待垂直同步信号的到达才能绘制下一屏,这样FPS要受到操作系统刷新率运行值的制约。同理 不等待的话 ，就不用受操作系统刷新率运行值的制约，可以发挥渲染最大能力,显示设备上的图片不会持续更新，而是定期更新，很大程度上就像 Unity 中的帧更新一样。但是，Unity 的更新不一定与显示器的更新同步，因此 Unity 有可能在显示器仍在渲染前一帧时发出新的帧，这会导致在屏幕上发生帧变化的位置处产生称为 “撕裂” 的视觉瑕疵。
所以开了游戏进程和显示器刷新率同步，使得画面更加平滑和稳定，但是会影响游戏帧率；不开可以换来更快的速度，但是可能会出现画面不连续的情况。因为它的影响会显示在Profiler窗口上，一般来说可以先不开来排除垂直同步的影响。
Mip Maps（多级渐远纹理）：根据摄像机远近不同而生成对应的八个贴图，运行会加载到内存中。远离相机时，使用较模糊的纹理。使用Mip maps需要使用33%以上的内存，但不使用它会导致巨大的性能损失。优化显存带宽，用来减少渲染。因为可以根据距离摄像机远近，选择适合的贴图来渲染。对处理锯齿和闪烁的很有用，内存使用不紧张的情况下建议部分纹理使用，当然如果纹理据摄像机距离不会变化的话 换句话说在屏幕上大小保持不变的纹理，Mip Map 不是必需的，直接修改纹理成合适的尺寸也可以。
光源：光照的影响每顶点，每像素的进行计算，实时光源越少越好，可以不用实时光就不用，用离线烘焙把光照提前烘焙到一张光照纹理中light mapping在运行时根据纹理坐标得到光照结果来表现效果，Spotlight（聚光灯）开销很大尽量避免使用，可以使用Culling Mask 来取消不需要光照的层。
实时阴影也很昂贵，会增加很多三角面和计算成本，要用的话最好使用Hard Shadow并且减少Shadow Distance，不用Shadow Castcade：就是远处的阴影用分辨率比较小的贴图，近处的阴影用分辨率比较大的贴图，提升了近处阴影的质量，但增加了性能开销。
压缩纹理：这个一般是不需要我们主动去做，Build Settings里选择平台后，unity会根据每个纹理指定的对应平台的压缩格式去压缩纹理。我们可以减少纹理大小，减少纹理大小打来的收益不仅仅的内存、显存的收益 ，也可以优化渲染速度。
遮挡剔除：消除在其他物体后面看不到的物体，也就不会渲染这个看不到的顶点，从而提高性能。但是遮挡计算开销太大，不建议使用。
eyeTextureResolutionScale(URP管线的RenderScale)：在渲染到摄像机目标以前,将全部内容渲染为较大或者较小的纹理。越大 显示效果更锐利。 越小 像素化很严重，经测试对性能的影响巨大，最后再考虑吧。