Unity用户手册-性能优化

冀苍鸾 · 发表于 2021-3-1 16:55

性能优化

对游戏进行优化，首先要确定性能瓶颈，然后对性能瓶颈进行优化，以改善我们游戏的性能。
下面分四步进行详细分析：

一. 确定性能瓶颈

Unity Profiler

Unity Profiler中最常检查的内容是CPU Usage，其中GC Alloc和Time ms最为重要。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。因此我们建议对单帧2K以上的内存分配，以及每帧20B以上的内存分配进行排查。如果能把堆内存的分配降到最低是最好的。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。
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。
推荐使用Unity Profiler提供的性能采样接口，来更精确地分析定位客户端存在的性能问题。设置自定义采样，然后在Profiler窗口就可以看到采样的函数性能消耗，从而确定是哪一个函数消耗最大。

Unity Memory Profiler

Unity为5.3以上的版本提供了一个新的Memory Profiler工具。这个工具通过图形的方式展示了工程中占用内存最高的资源类型，因此可以很方便的进行资源内存的优化。另外还可以在游戏的不同时间点抓取多个快照，通过比较内存占用的不同，来发现某些资源内存泄漏的情况。

Unity 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。
二. CPU优化

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

每一帧把可以进行批处理的模型网格进行合批，再把合并好的模型数据传递给GPU，然后使用同一种材质对其渲染。经过动态批处理的物体仍然可以移动，这是因为每帧Unity都会重新合并一次网格。
动态批处理条件限制：
（1）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。
（2）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

在运行开始的阶段，把需要进行静态批处理的模型合并到一个新的网格结构中，这意味着模型不能再运行时被移动。往往需要占用更多的内存来存储合并后的网格结构。
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，可以把这些纹理合并到一张更大的纹理中，这张更大的纹理叫做图集（atlas）。
补充：

DrawCall：
DrawCall是CPU通过底层图像编程接口发出的渲染命令，GPU读取渲染命令执行渲染操作。
过多的DrawCall影响绘制的原因：
主要是每次绘制时，CPU通过底层图像编程接口发出渲染命令DrawCall，而每个DrawCall需要很多准备工作，检测渲染状态、提交渲染数据、提交渲染状态，而GPU本身可以很快处理完渲染任务。DrawCall过多，CPU负载过多，而GPU性能闲置。
渲染状态：
渲染状态定义场景中的网格是怎样被渲染出来的。例如使用哪个顶点着色器、哪个片元着色器、光源属性、材质等。如果没有更改渲染状态，所有的网格将使用同一种渲染状态。
CPU发送DrawCall需要完成的操作：

CPU可以向GPU发送命令以将多个已知的变量统一地转换为渲染状态。此命令称为SetPass调用

同时，GPU执行以下工作：

三. GPU优化

1. 减少需要的顶点数目

（1）优化模型，尽可能的减少三角形的面数，移除不必要的硬边及纹理衔接，避免边界平滑和纹理分离。
边界平滑（smoothing splits，一个顶点可能会对应多个法线信息或切线信息，在Unity导入模型时，有一个Smoothing Angles（光滑组）的设置，当Smoothing Angles的值为0时，就没有共用的顶点，拆分出更多新的顶点，可以展示更多细节。当这个值越来越大，共用顶点越多，细节就更少一些。）
纹理分离（uv splits，一个顶点可能有多个纹理坐标。面与面之间使用的一些相同顶点，在不同面上，同一个顶点的纹理坐标可能并不相同，GPU会把这个顶点拆分成多个具有不同纹理坐标的顶点）。
（2）使用模型的LOD技术
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。
（3）使用遮挡剔除技术
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。注意：在移动平台，遮挡剔除开销太大，不建议使用。
（4）Camera.layerCullDistances
相机跟每一层的剔除距离。比如，在视野中有很多npc，可以把npc设置到npc层，并在代码中为npc层设置较小的layerCullDistances剔除距离，这样就可以只渲染npc层剔除距离内的npc，减少性能开销。
（5）注意摄像机的FOV（Field of View），影响可视物体的数量
（6）Camera视锥体越小越好，注意远裁减面的距离

2. 优化光照计算

考虑光照的影响可以每顶点，每像素的进行计算，光照计算可以通过多种方式进行优化：

补充：
Shadow Castcade
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。
Shadow Distance
超出此距离的物体（来自相机）不投射阴影，因为远处的对象不需要渲染到阴影贴图中。将阴影距离设置的尽可能低，可以提高渲染性能。

3. 减少需要处理的片元数目

（1）控制绘制顺序，由于深度测试的存在，如果我们可以保证物体都是从前往后绘制，那么就可以很大程度上减少OverDraw，这是因为在后面绘制的物体由于无法通过深度测试，就不会在进行后面的渲染处理。
（2）在移动平台，渲染透明物体，Alpha混合性能比Alpha测试更好
（3）慎用实时光照
使用光照烘焙技术，把光照提前烘焙到一张光照纹理中（lightmap），在运行时根据纹理坐标得到光照结果。

4. 减少计算复杂度

（1）使用Shader的LOD技术
Shader的LOD技术可以控制使用的Shader等级。原理是只有Shader的LOD值小于某个设定值，这个Shader才会被使用。
在某些情况下，我们可能需要去掉一些使用复杂计算的Shader渲染。这时，我们可以使用Shader.maximumLOD或Shader.globalMaximumLOD来设置允许的最大LOD值。
（2）代码方面的优化

四. 内存优化

节省内存带宽
（1）减少纹理大小，考虑目标分辨率和纹理坐标，长宽值最好是2的整数幂。这样很多优化策略才可以发挥最大效用。
（2）针对不同平台，采用压缩纹理来减少纹理大小，可以加快加载速度，减少内存占用，显著提高渲染性能。
在不同移动GPU平台下选择GPU支持的压缩纹理，就可以在不需要CPU解压的情况下直接被GPU采样，节省CPU内存和带宽，也可以节省存储的体积。如果目标平台不支持设置的压缩格式，纹理将解压为RGBA32或者RGB24，浪费CPU时间和内存。
（3）利用Mip Maps，始终为3D场景中使用的纹理启用Mip Maps。但此规则例外的是：UI元素或2D游戏中，不要使用。
Mip Maps（多级远纹理），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。
优点：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。
利用Mip maps，对处理锯齿和闪烁的很有用。
（3）对于特定机型进行分辨率缩放，Screen.SetResolution，过高的屏幕分辨率是造成性能下降的原因之一，尤其对于很多低端手机。
根据不同的硬件平台，设置不同的配置，控制特效显示，分辨率大小设置等等。

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