游戏性能优化——CPU

Posted on In

项目的性能优化主要围绕CPU、GPU和内存三大方面进行

CPU方面

CPU方面的性能开销主要可归结为两大类：引擎模块性能开销和自身代码性能开销。其中，引擎模块中又可细致划分为渲染模块、动画模块、物理模块、UI模块、粒子系统、加载模块和GC调用等等。通常渲染模块、UI模块和加载模块，往往占据了游戏CPU性能开销的Top3

一、渲染模块

渲染模块可以说是任何游戏中最为消耗CPU性能的引擎模块，因为几乎所有的游戏都离不开场景、物体和特效的渲染。对于渲染模块的优化，主要从以下两个方面入手：

（1）降低Draw Call

Draw Call是渲染模块优化方面的重中之重，一般来说，Draw Call越高，则渲染模块的CPU开销越大。

降低Draw Call的方法则主要是减少所渲染物体的材质种类，并通过Draw Call Batching来减少其数量。

但是，需要注意的是，游戏性能并非Draw Call越小越好。这是因为，决定渲染模块性能的除了Draw Call之外，还有用于传输渲染数据的总线带宽。当我们使用Draw Call Batching将同种材质的网格模型拼合在一起时，可能会造成同一时间需要传输的数据（Texture、VB/IB等）大大增加，以至于造成带宽“堵塞”，在资源无法及时传输过去的情况下，GPU只能等待，从而反倒降低了游戏的运行帧率。

Draw Call和总线带宽是天平的两端，我们需要做的是尽可能维持天平的平衡，任何一边过高或过低，对性能来说都是无益的。

（2）简化资源

简化资源是非常行之有效的优化手段。在大量的移动游戏中，其渲染资源其实是“过量”的，过量的网格资源、不合规的纹理资源等等。

关于渲染模块在CPU方面的优化方法还有很多，比如LOD、Occlusion Culling和Culling Distance等等

二、UI模块

UI模块同样也是几乎所有的游戏项目中必备的模块。一个性能优异的UI模块可以将游戏的用户体验再抬高一个档次

为了减少重建网格的次数，对于UIPanel.LateUpdate的优化，主要着眼于UIPanel的布局，其原则如下：

  • 尽可能将动态UI元素和静态UI元素分离到不同的UIPanel中（UI的重建以UIPanel为单位），从而尽可能将因为变动的UI元素引起的重构控制在较小的范围内；
  • 尽可能让动态UI元素按照同步性进行划分，即运动频率不同的UI元素尽可能分离放在不同的UIPanel中；
  • 控制同一个UIPanel中动态UI元素的数量，数量越多，所创建的Mesh越大，从而使得重构的开销显著增加。比如，战斗过程中的HUD运动血条可能会出现较多，此时，建议将运动血条分离成不同的UIPanel，每组UIPanel下5~10个动态UI为宜。这种做法，其本质是从概率上尽可能降低单帧中UIPanel的重建开销。

三、加载模块

加载模块同样也是任何游戏项目中所不可缺少的组成成分。与之前两个模块不同的是，加载模块的性能开销比较集中，主要出现于场景切换处，且CPU占用峰值均较高。

这里，我们先来说说场景切换时，其性能开销的主要体现形式。对于目前的Unity版本而言，场景切换时的主要性能开销主要体现在两个方面，前一场景的场景卸载和下一场景的场景加载。下面，我们就具体来说说这两个方面的性能瓶颈：

（1）场景卸载

对于Unity引擎而言，场景卸载一般是由引擎自动完成的，即当我们调用类似Application.LoadLevel的API时，引擎即会开始对上一场景进行处理，其性能开销主要被以下几个部分占据：

  • Destroy

引擎在切换场景时会收集未标识成“DontDestoryOnLoad”的GameObject及其Component，然后进行Destroy。同时，代码中的OnDestory被触发执行，这里的性能开销主要取决于OnDestroy回调函数中的代码逻辑。

  • Resources.UnloadUnusedAssets

一般情况下，场景切换过程中，该API会被调用两次，一次为引擎在切换场景时自动调用，另一次则为用户手动调用（一般出现在场景加载后，用户调用它来确保上一场景的资源被卸载干净）。在我们测评过的大量项目中，该API的CPU开销主要集中在500ms~3000ms之间。其耗时开销主要取决于场景中Asset和Object的数量，数量越多，则耗时越慢。

（2）场景加载

场景加载过程的性能开销又可细分成以下几个部分：

  • 资源加载

资源加载几乎占据了整个加载过程的90%时间以上，其加载效率主要取决于资源的加载方式（Resource.Load或AssetBundle加载）、加载量（纹理、网格、材质等资源数据的大小）和资源格式（纹理格式、音频格式等）等等。不同的加载方式、不同的资源格式，其加载效率可谓千差万别，所以我们在UWA测评报告中，特别将每种资源的具体使用情况进行展示，以帮助用户可以立刻查找到问题资源并及时进行改正。

  • Instantiate实例化

在场景加载过程中，往往伴随着大量的Instantiate实例化操作，比如UI界面实例化、角色/怪物实例化、场景建筑实例化等等。在Instantiate实例化时，引擎底层会查看其相关的资源是否已经被加载，如果没有，则会先加载其相关资源，再进行实例化，这其实是大家遇到的大多数“Instantiate耗时问题”的根本原因，这也是为什么我们在之前的AssetBundle文章中所提倡的资源依赖关系打包并进行预加载，从而来缓解Instantiate实例化时的压力