Unity中Animator Override的性能问题

DungDaj · 发表于 2021-8-10 13:52

前言

本文内容来自于Unity官方的高川老师的分享，视频内容链接如下（空降42:30即可）：
个人也是非常崇拜和喜欢高川老师的，分享的东西都很干，人也很幽默，说话又好听~哈哈。下面链接是之前高川老师分享的Unity内存管理，没看过的一定要去看一下：
附笔记：
<hr/>我们先来看看什么是Animator Override。假设我们有个多个不同的角色，他们都有相同的动作，例如待机，跑步，攻击等等，并且触发条件也都相同。但是为了区分角色，他们相同的动作对应的动画往往都不相同，例如下图不同的跑步动画：
跑步动画不同
也就是说有n个角色，他们的State都相同，但是对应的AnimationClip各不相同。那么我们需要创建多个不同的AnimatorController，然后里面搞一堆一样的State去关联不同的AnimationClip么？
不，不需要这么愚蠢的做法，AnimatorOverrideController可以帮助我们。

AnimatorOverrideController

官方文档：
我们可以在Project下右键Create->Animator Override Controller来创建它，其Inspector界面如下：
AnimatorOverrideController
如图，我们可以为AnimatorOverrideController指定一个AnimatorController，然后下面的列表里就会显示这个AnimatorController里的所有State，我们可以选择新的AnimatorClip去关联这些State。
这样就解决了我们上面所说的问题，也就是说我们可以创建一个通用的AnimatorController，然后n个角色创建不同的AnimatorOverrideController去关联它。根据不同的角色指定不同的AnimatorClip，最后在不同角色的Animator组件里指定AnimatorOverrideController即可。
也就是说AnimatorOverrideController可以在不改变AnimatorController里State，Layer，Transition和一些参数的情况下，更改State里的AnimatorClip。类似于类的继承，从Override这个词就能看出。

动态修改State里的AnimatorClip

AnimatorController是不支持我们在运行时修改State里的AnimatorClip的，但是利用AnimatorOverrideController的话，我们也可以实现运行时修改。
原理就是新建一个AnimatorOverrideController，继承我们原本的AnimatorController，然后修改对应State的AnimatorClip，最后将这个AnimatorOverrideController关联到Animator组件上即可。
简单的代码如下：
Animator animator = GetComponent<Animator>();
AnimatorOverrideController overrideController = new AnimatorOverrideController();
overrideController.runtimeAnimatorController = animator.runtimeAnimatorController;
overrideController[&#34;name&#34;] = newAnimationClip;
animator.runtimeAnimatorController = overrideController;
<hr/>好了，关于AnimatorOverrideController的简单介绍差不多了，回到正文。
如果我们项目里使用了Animator方案，那么一定会对Override的性能有一个深刻的了解。尤其是当State或者是Animatorclip的附加程度非常非常复杂的时候，例如一些动作游戏有上千个State，那么Override一定会成为一个性能优化上的热点。

Demo

我们通过一个Demo来看下Override的问题，如下图我们场景中有一个角色：
注：这个角色名叫 unity-chan ，大家可以在AssetStore里免费的下载，它的由来还是蛮有意思的，只能说小日...小日子过得不错的日本人有趣啊。
这个角色自然有它的Animator组件，关联了一个AnimatorController，如下：
BaseLayer层
Face层
其中在Base层里，我们新增了一个名为Test的State，里面关联了一个名为dummy的AnimationClip，它其实就是新建的一个空的AnimationClip。
Test State
接下来我们要做一个操作，即利用AnimatorOverrideController，在运行时修改Test里的AnimationClip，换成一个原本的Wait的动作，代码很简单如下：
public class NewBehaviourScript : MonoBehaviour
{
public AnimationClip Clip;
public Animator animator;
public Button normalBtn;

void Start()
{
      normalBtn.onClick.AddListener(OnNormalClicked);
}

void OnNormalClicked()
{
      UnityEngine.Profiling.Profiler.BeginSample(&#34;OverrideAnimator&#34;);

      AnimatorOverrideController overrideController = new AnimatorOverrideController();
      overrideController.runtimeAnimatorController = animator.runtimeAnimatorController;
      overrideController[&#34;dummy&#34;] = Clip;
      animator.runtimeAnimatorController = overrideController;

      UnityEngine.Profiling.Profiler.EndSample();
}
}
运行效果为：

可以发现，我们在代码里加了一个Profiling.Profiler.BeginSample和EndSample的方法，它们可以帮助我们在Profiler里面打一个Tag，更好的观察代码所消耗的性能。
我们来看下Overrider这步一共花了多久，在Profiler里找到我们打的名为OverrideAnimator的Tag，如下图：
大概是1ms。接下来我们再做这样的一个操作，将这个AnimatorController里的Face Layer里的State复制黏贴多份，如下图：
Face层复制黏贴State
然后我们再来运行一下原来的代码，看看耗时，如下图：
此时会发现，耗时从1ms变成了1.5ms。也就是说在做Override操作的时候，消耗的性能会随着AnimatorController里State数量的增加而增加，即是我们并不去使用它们。这个问题就是Override存在的性能热点。

问题的本质

在Profiler里的Override下我们可以发现一个相当长的时间，但是无法看见更详细的信息，只能在后面看见一个SetupControllerDataSet的信息。如下图：
这里，高川老师在分享里，为我们揭开了它的神秘面纱。即在这些时间里Unity会尝试把AnimatorController里所有的State合并到一个名为 Animationset 的数据结构中。这意味着所有的AnimationClip再乘上所有Clip里所用的曲线都要经过一系列的运算。因此我们的State和AnimationClip越多越复杂，这个运算的耗时也会增加，导致性能问题。

AnimationClip&#39;s Curve

前面提到了AnimationClip的曲线，这是啥呢？我们来随便挑一个AnimationClip看一看它的Inspector界面，如下图：
在Unity中每个AnimationClip都会有一些曲线数，它们对于优化来讲是有意义的。例如上图中Curves Total：322说明一共有322个曲线，Curves Pos：4指的是位置信息相关的曲线有4个，然后还有四元数相关的曲线Curves Quaternion等等。
这些曲线在做Override操作的时候都会参与到前面所说的合并到Animationset数据结构的运算当中。例如我们有10个AnimationClip，每个有300个曲线，那么就是3000次运算。
其中比较特殊的是Curves Constant，即Constant曲线，我们可以在图中看出它后面还跟了个百分比的数值，即它在所有曲线中的占比情况。对于Constant曲线我们可以理解成在内存中只需要保存一个数即可，而不需要保存整个曲线的数据。而其他的曲线，例如Pos，Quaternion这些，是要进过一系列的合并运算的，也就是说这些曲线在后期采样的时候是会真正参与运算的。而Constant曲线可以认为是以一个常数的形式去参与这些运算，因此带来的性能消耗并不大。因此Constant曲线的比值越高，那么在刚刚那个计算的时候，需要进行的计算就会相对少一些。
总结来说，曲线数和Override时的耗能大致上是一个线性关系，即运算越多，消耗越多。当我们的State越多，曲线越复杂，不管是否参与到运行时的最终表现中，它都是会在Override的时候产生性能消耗，并且每次Override的时候都会重复一次CreateAnimationSet操作。

优化

1.尽量减少基础状态机（要被继承的AnimatorController）的复杂程度，尽量少的在基础状态机里使用很复杂的动画，可以在里面尽量多的使用空AnimationClip（前面的dummy动画），因为反正它们是要被继承重写的。
还有例如我们基础状态机中有上百个State，然后每次只Override两三个，那你就亏成傻逼了。我们可以拆成多个Controller或者拆成多个State来控制，甚至尝试拆成多个Animator。
2.尽可能增加AnimationClip中Constant曲线的占比，例如在导入选项中进行动画压缩，如下图：
当动画幅度很小时，也可以削减动画的精度，即减小Error相关的值，这样可以压缩掉更多的本来就很相近的关键帧。
上诉这些操作这样可以减少曲线数量，增加Constant曲线的占比，同时还会减少内存的占用。
3.使用Timeline系统。Animator设计上把整个Controller看做是一个整体，在运行时所有的操作，例如任何一次Override，任何一次修改，都是对整体数据集的修改，非常的庞大。Unity在做Timeline的时候避免了这个问题，它是基于每个Clip去修改的，因此Timeline整体的性能消耗会更平缓一些，是更加灵活更加好的选择。
4.花钱消灾，官方定制方案。利用到了JobSystem多线程等。

DungDaj · 发表于 2021-8-10 13:58

不错，记录的很详细

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