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Unity优化——渲染与画面(一)

概述

游戏做出来后结果只能跑20-30fps无疑是令人悲伤的,所以游戏优化显得非常重要。最近我也在对这就是IB这个项目进行优化(虽然项目才在一半不到的开发进度),有了不少感慨,这里可以拿出来探讨探讨。

我真的有必要优化吗?

优化是一个费时费力的事(大部分情况下),于是不少开发者只要看到运行效率只要不是不能接受就忽视了优化这个环节。某种意义上来说,过优化确实是不必要以及有害的,会大大地降低了开发效率。但是在很多情况下,虽然目前表现尚可,但由于代码安排得不合理,很有可能在后续的开发过程中,由于添加了越来越多的内容而导致效率爆炸。简单来说,我们没必要追求过高的帧率,但是要确保没有低级的效率漏洞产生(如内存泄漏,每帧gc量过大等)。

我真的有必要优化渲染与画面吗?

一个很简单就能判断是否需要优化渲染的方法就是使用Unity的Profiler。游戏运行时,观察平均每帧的cpu耗时与gpu耗时,若cpu耗时远小于gpu耗时,那么显然,游戏的渲染任务过重,有必要考虑减轻的方法。一般来说,如果gpu耗时在cpu的两倍以内,都不需要特别在意,反而说明游戏优化的不错–将更多的任务分配给可以并行运算所以效率更高的gpu去处理。但是一旦比例明显失调的时候,一定是哪里出了问题。

优化建议

下面开始会列出一些我个人的建议,对于每个项目来说没有一个统一的标准什么建议是可行的,还需要开发者自己再揣摩。

1. 我真的该使用GPU Instancing吗?

GPU Instancing是常见的替代对物体进行批量渲染的优化方式。但是,使用了GPU Instancing真的会有立竿见影的效果吗?这其实是值得商榷的。首先,Unity对大部分使用表面着色器和顶点着色器的材质都提供了一键开启GPU Instancing的选项。看起来很方便,其实没什么用处。对于自动开启GPU Instancing的材质来说,渲染的时候是否真的使用GPU Instancing仍是一个未知数,而且限制巨大,在大部分的情况下都不会启用。原因可能是因为某个脚本中错误地给某个非GPU Instancing支持的着色器变量赋了值,或者,嗯,安全性考量,你懂得。

为了保证材质GPU Instancing的启用,我们往往不得不手写兼容的着色器。不过,这可不是一个轻松的工作。但就对于顶点着色来说,对每个兼容数据进行缓存改写,在顶点着色片段中使用宏获取并传递兼容数据给片元着色片段,再在片元着色函数中使用宏获取……这还仅仅是着色器的改写。对于相关的脚本来说,所有的材质操作语句都得被改写成基于MaterialProperty的,非常dt。

然而,当这一切都做完后,我们就一定能启用了吗?hhh,太天真。事实上,经过我的测试,即使是相同的网格数据,哪怕是不同的尺寸(transform.scale),都会导致GPU Instancing的失败。看到这,是不是觉得这么多力气都白费了?

从各种意义上说,GPU Instancing都应该是最后万不得已的优化手段。要知道,无论如何,渲染效率有快到慢都是这样排的:静态批处理(static batching) 远大于 动态批处理(dynamic batching) 大于 GPU Instancing

当我们想要启用GPU Instancing的时候,不妨先问问自己这几个问题:

  1. 我可以将场景里的这些相似模型处理为静态吗?这些模型的移动可以使用相机的相对移动代替吗?
  2. 如果模型顶点数不多的话,我是否可以用动态批处理解决呢?
  3. 如果模型的重复是惊人的话,我是否可以用公告板Billboard技术进行近似的模拟吗?对于距离渲染相机一定距离的物体来说,什么程度的精度损失是允许的?

如果这些问题的答案都是否的话,那么就可以在开发成本不太高的情况下将相关部分用GPU Instancing技术重写了。一些典型的例子如地形系统里的植被(花,草,树),由于需要与风进行交互,静态批处理与动态批处理都是存在问题的,GPU Instancing这时就完美的解决了问题。

2. 我真的该使用自己定制的顶点/片元着色片段吗?

GPU编程总是一件很酷的事情,尤其当实现了各种炫酷的画面效果之后。不过,很多人在写惯了特效着色器后,会下意识地即使写基本的着色器,也是自己从头开始写:嗯,先声明一个包含位置,法线……的顶点输入数据,然后顶点片段这样实现……片元片段那样实现……。切记,除非你是大佬,你永远都不可能比Unity自己的渲染工程师更加对性能敏感。很多时候,Unity都在你不知道的时候对默认方法进行了神奇的优化(毕竟默认嘛)。在这就是IB这个项目里,有一个很简单的武器拖尾材质的着色器的编写。顶点部分非常简单,将顶点位置转换成裁剪空间位置而已,然而只包含一句简单的o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex)的自定义顶点着色片段在被Unity默认的实现替换后,fps瞬间提高了30多。所以说,没事多翻翻api还是有好处的。

3. 我真的该使用这个顶点输入数据结构吗?

在顶点着色器中,有些开发人员因为懒癌发作(比如我),顶点着色片段的数据输入直接使用appdata_full,或者从另一个着色器里拷贝一个可以用的数据结构贴上去。用是可以用,但是效率就下来了。很简单的道理,如果我只需要获得位置,法线和纹理坐标,使用appdata_base就可以处理的数据为什么要使用appdata_full呢?要知道,对于每个多出来的数据条目,GPU仍然会老老实实地每帧为每个顶点打包并传入多余的数据,效率自然而然就没有那么高了。所以说,不要图省事,嗯,这点很重要。

4. 我真的该开启抗锯齿吗?

抗锯齿大概是现在游戏的标配吧,哪怕设备再烂,开个低效FXAA大概也会是自然而然的选择。曾经我也是这样想的,不过在发现《塞尔达传说·荒野之息》那几乎等于没有的抗锯齿也不降低画质之后,我开始了思考。事实上,对于漫画渲染风格且有着描边的作品来说,抗锯齿的效果并不是那么明显,特定颜色的描边本身就起到了分割色块的作用。同时,适度的泛光效果也能替代抗锯齿柔滑画面。而对于一些模仿老旧电视,给画面增添颗粒感的游戏来说,抗锯齿更是没有显著的区别(噪点显而易见更强大嘛、)。比起直接不管不顾开启一个抗锯齿选项,我们不妨考虑一下到底是否需要。

另外一个值得注意的点是,如果使用了后处理栈,相机的抗锯齿设置有可能是无效的。这倒也好理解,整个屏幕的像素信息都被再处理过了,之前的抗锯齿计算自然没有了用处。所以可以取消相机的抗锯齿设置,而是开启后处理栈的抗锯齿设置。

5. 我真的该使用TAA而不是FXAA/SMAA做为抗锯齿方式吗?

TAA的开销不小,相对的,效果也就优秀了很多。FXAA可能导致的画面卡顿(就是国外论坛里常说的jittering)都被很大程度的改善了。然而这也导致了一些问题。很多时候,画面确实不卡顿了,但是却产生了波动。原本应该一条直线伸向远方,结果有粗有细。这都是因为TAA为了减少卡顿而对画面像素进行了适当的延伸。如此一来,扰动也就大大增加了。即没有达到我们优化效率的目的,也没有达到提升画质的目的。不如使用SMAA,或者像第4点中说得那样,使用适当后处理消除锯齿。

总结

其实游戏优化有很多点可以讲,不过一片博客长度有限,就先说这么多。

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