Version: 2017.2
示例 - 创建四边形
绘制调用批处理

优化图形性能

良好的性能对很多游戏的成功至关重要。以下几条简单法则有助于将游戏的渲染速度最大化。

找出影响图形性能的主要因素

游戏的图形部分主要影响计算机的两个系统:CPU 和 GPU。找到性能问题所在是一切优化的首要法则,因为 GPU 与 CPU 的优化策略大不相同(甚至相反;例如,通常在优化 CPU 时让 GPU 做更多工作,反之亦然)。

常见瓶颈及检查方法:

  • GPU 通常受填充率或内存带宽制约。
    • 降低显示分辨率并运行游戏。如果显示分辨率降低后游戏运行更快,表明 GPU 填充率可能是限制因素。
  • CPU 通常受到需要渲染的批次数的限制。
    • 检查 Rendering Statistics 窗口中的“batches”。渲染的批次越多,CPU 成本越高。

不太常见的瓶颈:

  • GPU 有太多顶点需要处理。可接受的能确保良好性能的顶点数量取决于 GPU 和顶点着色器的复杂程度。一般来说,移动端应不超过 100,000 个顶点。另一方面,即使有数百万个顶点,PC 也能管理到位,不过最好还是通过优化尽可能减少此数量。
  • CPU 有太多顶点需要处理。这些顶点可能位于蒙皮网格、布料模拟、粒子或其他游戏对象和网格中。如上所述,通常较好的做法是在不影响游戏质量的情况下尽可能降低此数量。有关如何执行此类操作的指导,请参阅下面有关 CPU 优化的部分。
  • 如果渲染在 GPU 或 CPU 方面不是问题,则可能在其他地方存在问题,例如在脚本或物理系统中。请使用 Unity Profiler 找出问题。

CPU 优化

为了在屏幕上渲染对象,CPU 需要做很多处理工作:确定哪些光源影响该对象,设置着色器和着色器参数,向图形驱动程序发送绘制命令,而图形驱动程序随后将准备发送到显卡的命令。

所有这种基于“每个对象”的 CPU 使用率都是非常消耗资源的,所以如果有很多可见对象,影响就会累加起来。例如,如果有一千个三角形,如果它们都在一个网格中,而不是每个三角形在一个网格中(这种情况下加起来就有 1000 个网格),则 CPU 处理起来就比较容易。两种方案的 GPU 成本非常相似,但 CPU 完成渲染一千个对象(而不是一个)的工作要高得多。

减少可见对象数量。要减少 CPU 需要执行的工作量,请执行以下操作:

  • 通过手动方式或使用 Unity 的绘制调用批处理将近处对象组合在一起。
  • 通过将单独的纹理放入更大的纹理图集,在对象中使用更少的材质。
  • 减少可能导致对象多次渲染的因素(例如反射、阴影和每像素光照)。

将对象组合在一起,使每个网格至少有几百个三角形,并使整个网格只使用一种__材质__。请注意,组合两个不共享材质的对象根本不会提高性能。需要多种材质的最常见原因是两个网格不共享相同的纹理;为了优化 CPU 性能,请确保组合的所有对象共享相同的纹理。

前向渲染路径中使用大量像素光照时,有些情况下组合对象可能没有意义。请参阅下面的光照性能部分,了解如何管理此情况。

GPU:优化模型几何体

优化模型几何体有两个基本规则:

  • 除非必要,否则不要使用三角形
  • 尽可能降低 UV 贴图接缝和硬边(双倍顶点)的数量

请注意,图形硬件必须处理的实际顶点数通常与 3D 应用程序报告的数量不同。建模应用程序通常显示的是构成模型的不同角点的数量(称为几何顶点数)。但是,对于显卡,为了进行渲染,需要将一些几何顶点拆分成两个甚至更多个逻辑顶点。如果顶点具有多个法线、UV 坐标或顶点颜色,则必须将其拆分。因此,Unity 中的顶点计数通常高于 3D 应用程序给出的计数。

虽然模型中的几何体数量主要与 GPU 相关,但 Unity 中的某些功能也要在 CPU 上处理模型(例如,网格蒙皮)。

光照性能

速度最快的方案是始终创建根本不需要计算的光照。要做到这一点,使用光照贴图只需一次“烘焙”静态光照,而无需每帧计算。生成光照贴图环境的过程只比在 Unity 场景中放置光源稍久一点,但是

  • 运行速度要快得多(每像素 2 个光源的情况下,速度快 2–3 倍)
  • 视觉效果要好得多,因为可以烘焙全局光照,使光照贴图显得更平滑

在许多情况下,可运用简单的技巧,无需添加多个额外的光照。例如,无需添加直接照入摄像机的光源来提供__边缘光照__效果,而是直接在着色器中添加专用的 Rim Lighting 计算(请参阅表面着色器示例以了解如何执行此操作)。

前向渲染中的光照

另请参阅:前向渲染

对于所有像素,动态光照会为每个受影响的像素增加渲染工作,可能导致对象在多个 pass 中被渲染。避免在性能较弱的设备(如移动端或低端 PC GPU)上使用多个__像素光照__来照射单个对象,应使用光照贴图实现静态对象的光照,而不是每帧计算其光照。每顶点动态光照可能会为顶点变换增加显著的工作量,因此尽量避免多个光源照射单个对象的情况。

避免组合距离足够远而需要受到不同像素光照影响的网格。使用像素光照时,每个网格必须渲染多次,因为只要发生像素光照就要进行渲染。如果组合两个相距很远的网格,则会增加组合对象的有效大小。照射该组合对象任何部分的所有像素光照在渲染期间都要考虑在内,因此需要创建的渲染 pass 的数量可能增加。通常情况下,为渲染组合对象而必须创建的 pass 数为每个单独对象的 pass 数之和,因此进行网格组合并不会获得任何好处。

在渲染过程中,Unity 会查找网格周围的所有光源,并计算出哪些光源对网格的影响最大。使用质量设置 (Quality Settings) 可修改多少个光源用于像素光照以及多少个用于顶点光照。每个光源根据它与网格的距离以及它的光照强度来计算其重要性;纯粹从游戏背景而言,有些光源比另一些光源更重要。鉴于此原因,每个光源都有 Render Mode 设置,可设置为 ImportantNot Important__;标记为 Not Important__ 的光源具有较低的渲染开销。

示例:假设有一个驾驶游戏,玩家的汽车在黑暗中行驶,前照灯已打开。前照灯可能是游戏中视觉上最重要的光源,因此它们的 Render Mode 应设置为 Important。游戏中可能还有其他不太重要的光源,比如其他汽车的尾灯或远处的灯柱,这些光源不能通过像素光照来大幅改善视觉效果。这种情况下,可放心地将这些光源的 Render Mode 设置为 __Not Important__,从而避免将渲染能力浪费在无用之处。

通过优化每像素光照可以节省 CPU 和 GPU 工作量:CPU 的绘制调用将减少,而 GPU 要处理的顶点将减少,同时为所有其他对象渲染栅格化的像素也将减少。

GPU:纹理压缩和 Mipmap

使用压缩纹理可减小纹理的大小。这种做法可加快加载时间、减小内存占用并显著提高渲染性能。与未压缩的 32 位 RGBA 纹理所需的内存带宽相比,压缩纹理使用的内存带宽要小得多。

纹理 Mipmap

对于 3D 场景中使用的纹理,应始终启用 Generate mipmaps 选项。Mipmap 纹理使 GPU 能够为较小的三角形使用较低分辨率的纹理。这一点类似于纹理压缩可以帮助限制 GPU 渲染时传输的纹理数据量。

此规则的唯一例外是当已知纹理像素将 1:1 映射到渲染的屏幕像素时(与 UI 元素或在 2D 游戏中一样)。

LOD(细节级别)和每层剔除距离

剔除对象涉及使对象不可见。这是减轻 CPU 和 GPU 负载的有效方法。

在许多游戏中,在不影响玩家体验的情况下快速有效地执行此操作的方法是,相对于大对象,更激进地剔除小对象。例如,可让远处的小岩石和碎片不可见,而大型建筑物仍然保持可见。

有多种方式实现此目标:

实时阴影

实时阴影很不错,但它们对性能有很大影响,同时会增加 CPU 的绘制调用次数和 GPU 的处理量。有关更多详细信息,请参阅光照性能页面。

GPU:编写高性能着色器的技巧

不同的平台具有截然不同的性能;与低端移动端 GPU 相比,高端 PC GPU 在图形和着色器方面的处理能力要高得多。即使在单一平台上也是如此;快速的 GPU 比慢速的集成 GPU 快几十倍。

移动平台和低端 PC 上的 GPU 性能可能远低于开发机器上的 GPU 性能。建议手动优化着色器以减少计算和纹理读取,从而在低端 GPU 机器上获得良好的性能。例如,某些内置的 Unity 着色器具有速度快得多但存在一些限制或近似处理的“移动端”等效项。

以下是移动端和低端 PC 显卡的一些指导原则:

复杂的数学运算

超越数学函数(例如 powexplogcossintan)都很消耗资源,所以尽量避免使用它们。如果可能,请尽量考虑使用查找纹理作为复杂数学计算的替代方法。

避免编写自己的运算(如 normalizedotinversesqrt)。Unity 的内置选项确保驱动程序可以生成好得多的代码。请记住,Alpha 测试 (discard) 运算通常会使片元着色器变慢。

浮点精度

虽然浮点变量的精度(floathalffixed) 在桌面平台 GPU 上很大程度上会被忽略,但在移动端 GPU 上 对于获得良好性能非常重要。有关详细信息,请参阅 着色器数据类型和精度 页面。

有关着色器性能的更多详细信息,请参阅着色器性能页面。

用于提高游戏运行速度的简单核对表

  • 在针对 PC 平台进行构建时,保持顶点数量低于 200K 和 3M/帧(具体值取决于目标 GPU)。
  • 如果要使用内置着色器,请从 MobileUnlit 类别中选取。这些类别也适用于非移动平台,但它们是更复杂着色器的简化和近似版本。
  • 保持每个场景使用较少的不同材质,并尽可能在不同对象之间共享材质。
  • 在非移动对象上设置 Static 属性以便允许内部优化,如静态批处理
  • 只有一个(最好是方向性的)pixel light 影响几何体(而不是有多个)。
  • 烘焙光照而不是使用动态光照。
  • 尽可能使用压缩纹理格式,并使用 16 位纹理而非 32 位纹理。
  • 尽可能避免使用雾效。
  • 如果复杂的静态场景具有大量遮挡,使用遮挡剔除减少可见几何体数量和绘制调用次数。设计关卡时注意遮挡剔除。
  • 使用天空盒“伪造”远处的几何体。
  • 使用像素着色器或纹理组合器来混合多个纹理而不是使用多 pass 方法。
  • 尽可能使用 half 精度变量。
  • 最大限度减少在像素着色器中使用复杂的数学运算,例如 powsincos
  • 每个片元使用更少的纹理。

另请参阅

示例 - 创建四边形
绘制调用批处理