游戏中的优化指的是什么？

平均帧率
流畅性（不要「卡」，专业地说就是少spikes）
互动延迟（输入后至看到反应的时长）
等待时间（读盘、写档、网络连接等）
内存用量游戏体积
网络流量（主要是移动平台）耗电量（主要是移动平台）

在1999年，id software公司发布了《雷神之锤III竞技场(Quake III Arena)》巨作，此第一身射击游戏有别于前作，以多人连綫游戏为主轴，得到空前的成功。

在2002、2003年间，网上出现一段关于该游戏中的源代码讨论，那段代码是这样的：

float Q_rsqrt( float number )  
{  
    long i;  
    float x2, y;  
    const float threehalfs = 1.5F;  
   
    x2 = number * 0.5F;  
    y = number;  
    i = *(long*)&y;                // evil floating point bit level hacking  
    i = 0x5f3759df - (i >> 1);            // what the fuck?  
    y = *(float*) &i;  
    y = y * (threehalfs - (x2 * y * y));  // 1st iteration  
//  y = y * (threehalfs - (x2 * y * y));  // 2nd iteration, this can be removed  
   
    return y;  
}

它是用于计算一个单精度浮点数的平方根倒数（reciprocal square root, 即1/sqrt(x)）。平方根倒数在游戏中经常用到，例如把矢量归一化（normalize）时，就要计算n = v / sqrt(v  v)。

此段代码使用了牛顿法（Newton’s method）去提升精确度，但令人渍渍称奇的是它计算初始估值的这一句：
i = 0x5f3759df - ( i >> 1 );   

它利用了IEEE754浮点数的二进制表示来计算第一个近似值。此方法是谁发明的，魔术数字（magic number） 0x5f3759df 从何而来，暂时也没有确切的证据。但现在已找到比这更优的魔术数字[1]。

然而，本文想带出的是，虽然此方法如此神奇，在现今的机器上通常不是最理想的。在PC上，自1999年Intel推出的Pentium III，就已经加入了SSE指令集，当中的rsqrtss指令就是能够计算一个单精度浮点数的平方根倒数。此外，rsqrtps则能同时计算四个单精度浮点数的平方根倒数。

测试

我们可以写一个程序简单测试一下:
（略……）

结果及分析

使用VS2008 (缺省release配置)，在i7 920 2.67Ghz上的結果：
   dummy      363.8ms  error= 83.70051795%  
standard     1997.4ms  error=  0.00000871%  
   quake      586.1ms  error=  0.17520049%  
quake2nd      970.1ms  error=  0.00046543%  
  
dummy_ss      109.4ms  error= 83.70051795%  
vsqrt_ss     1160.3ms  error=  0.00000871%  
rsqrt_ss      108.3ms  error=  0.03087627%  
rt2nd_ss      180.6ms  error=  0.00002188%  
  
dummy_ps       26.8ms  error= 83.70051795%  
vsqrt_ps      288.4ms  error=  0.00000871%  
rsqrt_ps       27.0ms  error=  0.03087627%  
rt2nd_ps       53.4ms  error=  0.00002188%
standard用了标准库的sqrt()函数，编译器使用传统FPU的运算计算开方和倒数。

quake和quake2nd的确比standard快，但quake的相對误差峰值约是千分之2，误差较大。quake2nd则用接近一倍的运算时间来改善精确度，相對误差峰值降至约百万分之5。

divsqrt_ss使用了SSE运算，准确程度与standard相同，而耗时仅比quake2nd慢一点点。实际上，如果在编译器开启/arch:SSE，standard也会使用SSE运算，产生的代码和divsqrt_ss相约，性能也差不多。

重点来了，rsqrt_ss的耗时只有quake的18%，而相對误差峰值也更好，约万分之3。仔细一看，发现它的耗时与dummy_ss相若。换句话说，因为使用了流水綫的潜伏时间，其数据吞吐量和至dummy_ss相若。

那么，再比较使用多一次牛顿迭代的版本。rsqrt2nd_ss的耗时也只有quake2nd的18%。而相對误差值也更好，去到千万分之2的水平。

最后，若真正运用了SIMD的并行运算能力，使用ps后缀的指令又会如何？在此测试中，可以看到性能比ss版本的提升了3至4倍。而rsqrt_ps也因流水綫达至dummy_ps的吞吐量。rsqrt_ps比quake版本快20倍以上，比standard版本快70倍以上。

总结

虽然quake里的平方根倒数算法是令人津津乐道的话题，但从应用来说，它并不一定是最好的选择。
……

参考

[1] Lomont, Chris. "Fast inverse square root." Technical Report, 2003.http://www.lomont.org/Math/Papers/2003/InvSqrt.pdf

主机的特点是更新周期长，性能至少要照顾未来5年内的需求，硬件上必须采用推出当时中高端PC的配置；而价格上，为了迅速推广抢占市场，都是赔着本卖的——反正主要利润模式是软件抽税。一来一去，也就是说次世代主机推出的一两年之内，性能上是比同等价位的PC强不少的。买一台3000块的主机可以爽最新的游戏，但3000块的PC也就是欢乐斗地主水平。
PC显示器分辨率碾压同时代电视，主机的设计输出分辨率其实是低于流行的PC游戏的。例如PS2的标准分辨率是480i（640*480），当时主流的17寸彩显怎么也是1024*768的。PS3的大部分游戏都是720p输出，每秒30帧；而两年之后的08年，1080p显示器已成主流。同一款游戏若需要达到1080p点对点每秒60帧的PC玩家习惯需求，分辨率上就扛了2.25倍的像素数量，帧率又翻了一倍，相当于需要的性能是主机版的4.5倍，这还没算抗锯齿的消耗。平民机玩移植游戏卡顿也是正常的。
由于PC并没有主机难以扩展升级性能的问题，厂商在将主机游戏移植到PC时也不会太介意硬件需求——反正你现在跑不起来过两年新显卡出来了内存便宜了就能跑起来了嘛。所以很多移植游戏的推荐配置都是变态级的。比如以「优化差」臭名昭著的GTA4，不光吃显卡吃的厉害（1G以下显存基本无法游戏），对CPU的要求也极其苛刻。
（*本条慎读）PC玩家和主机玩家的群体重合度并不高，想想和主机原版发售日期比起来，PC移植往往晚几个月，有爱的早通关全成就了。其实等PC移植版的人有相当一部分是没钱买主机专等盗版的lamer（这逻辑很奇怪吧？明明差不多性能的PC买一台主机加十几个正版游戏都够了），素质也比较有限。你可以想象一下抠脚猥琐男们，盼盼盼，盼来个传说中的大作终于出了windows版，挂上迅雷拖两天装上一跑卡得像幻灯，上网发帖嗷嗷简直是本能啊~

首先要确定游戏中经常会出现哪些问题 - Profile
然后确定在哪些方向进行性能优化 - Analyze
最后再尽可能将问题逐个解决 - Solve

由于短时间内的计算量太大，导致画面流畅性降低，俗称跳帧
发热严重，耗电量高

将计算分到多个逻辑帧中进行计算，避免短时间内的性能超过负荷，俗称“分帧”（time-slice）。将可以缓存的数据尽可能的缓存起来，避免重复计算和重复分配内存，常见的示例为“内存池”。使用合理的算法和数据结构，比如：冒泡排序和直接插入排序在整体数组比较有序的情况下效率大大好于快速排序。把快排替换成是优化程序排序效率的一个常见的思路。

发热严重，耗电量高FPS降低

优化美术资源，比如合理规划图集，约定好模型的最大三角形面数，制定合理的粒子效果规范。这个可以说是游戏优化中最重要的一个，因此，技术美术在游戏开发中作用巨大。简化或者优化着色器（shader）使用Batching，尽量减少DrawCall使用平台推荐的压缩格式，比如安卓平台的ETC1和IOS平台的PVRTC

网络延迟甚至掉线加载资源导致的跳帧加载时间过长

使用独立的线程进行加载，有些引擎如Unity中还能利用协程减少网络包里面的冗余数据合并小包，减少请求数据的次数分帧对回包进行处理限制一定时间内的发包频率

闪退和卡死，比如安卓的Low Memory Killer会在低内存情况下杀掉内存占用过大的程序。

动态加载和卸载资源，比如在游戏内的时候，我们可以把游戏外的一些UI图集卸载掉。降低资源质量或屏幕分辨率，这是有损优化，一般作为最后的手段