Unity3D引擎的性能优化实践

总篇175篇 2022年第50篇?背景?Unity 优化涵盖范围大,涉及知识面广，随着功能不断增长,需要优化的内容也在增多。在VI销冠神器的几次迭代中发现项目的各项性能指标都存在偏差,所以开始着手进行项目的优化工作。本篇文章以浅显易懂的角度介绍一下 Unity 优化和VI销冠神器的优化经验。1.渲染流程?本节主要是为不熟悉画面渲染的读者讲解一下渲染的流程，并讲解一下 CPU/GPU 和内存在渲染中的职责。渲染管线主要分为三大阶段应用阶段/几何阶段/光栅化阶段,这里将各个阶段简单讲解：1.1应用阶段这个阶段主要在 CPU 中,从 CPU 中整理好渲染数据，并将数据发送给 GPU。1.2几何阶段通过对输入的渲染图元进行处理，这一阶段将会输出屏幕空间的二维顶点坐标,深度值等信息并传递给下一阶段。1.3光栅化阶段将点线面等几何概念实体化成像素,这一阶段会使用上一阶段传递的数据渲染出最终的图像。此图中很浅显的标识了 3Dmesh 和 2Dtexture 之间的关系。3Dmesh 提供定点数据进去 screen space 空间绘制之后转换为片段着色器中填充，而后再由 TEXTER 根据坐标填充颜色,最后渲染到显示器上。2.名词解释?2.1DrawcallDrawcall是CPU对底层图形绘制接?的调?命令GPU执?渲染操作，渲染流程采?流?线实现，CPU和GPU并作，它们之间通过命令缓冲区连接,CPU向其中发送渲染命令，GPU接收并执?对应的渲染命令。2.2合批动态合批与静态合批其本质是将多次绘制请求，在允许的条件下进行合并处理,减少CPU对GPU绘制请求的次数，达到提高性能的目的。2.3图集图集是将很多零碎的2D小图整合成一张大图，方便unity渲染合批，降低渲染消耗。3.优化概述?了解完 CPU/GPU/内存的职责之后就可以对每一个模块进行优化了。Unity 性能优化细节较多,每一个功能点都可以单独写一篇文章。这里先了解一下 Unity 大致有哪些优化分类和优化点：模块优化点CPU?渲染 ?物体顶点和图像的绘制降低 DrawCall? 批处理 合并图集?压缩资源动画 ?物体动画/骨骼动画物理 ?物理计算,重力和碰撞?UIUI 的绘制和响应事件合批 ?动静分离粒子 ?粒子的生命周期和绘制IO文件的操作和读取GC内存的回收和释放场景/资源的加载/卸载代码?代码的调用次数和调用耗时GPU? 填充率像素的复杂度几何复杂度GPU 显存带宽减少顶点数量,简化计算复杂度?压缩图片/Mipmap,以适应显存带宽? ? ? ? ?LOD/?遮挡剔除/光照贴图等内存?模型/纹理尺寸格式Read & Write规范好模型面数,纹理尺寸和格式网络资源Bundle图片数据管理好网络加载和释放托管堆高频率调用string 拼接部分 UnityAPI内存避免一次性堆内存的过大分配避免不必要的内存开销?其他包体优化点使用 AssetBundle 管理资源压缩贴图?发热优化点?CPU/GPU 占用率过高?相机功能 帧率较高?代码优化点高耗时代码高调用代码复杂/耦合的代码逻辑 代码逻辑在我看来也算优化的一部分?减少代码耦合可以在很多方面帮助性能优化?4.工具/方法论?工欲善其事，必先利其器。选择好的工具和方法论可以事半功倍，这里整理一下我平时使用的工具和总结出的方法论。?4.1工具? Profiler UnityEditor 性能分析工具? UPR 官方性能分析工具? UWA 第三方性能分析工具Memprofile 内存检查工具其他还有一些移动端和 PC 调试工具：mali Graphic debuggersnapdragon profileADB & AndroidStudioXcode GPU Frame Caputre?4.2方法论? 量化 优化前先记录一下性能数据，在优化后做一下对比，并量化你的优化收益。 防止做负优化。? 隔离法?隔离可疑区域和代码，然后比较，逐步排查，缩小问题范围。? 对比法?记录数据,用正常数据和性能变化之后的数据进行对比,定位问题。项目前期的规范确定?需要适配的机型，参考按照手机/显卡使用率,给定一个最低配置。?模型面数，材质大小和格式。?尽早使用 AssestBundle 管理资源。 Unity 版本与各个 SDK 版本。?逻辑层架构与底层通用功能。? 经验?让正确的程序快,比让快的程序正确更简单，所以应该先进行功能迭代，再进行优化。?图形学第一定律：如果它看上去是对的，那么它就是对的，可以用一些技巧让画面正确,从而达到优化的目的。5.数科产品 VI 销冠神器?性能优化介绍5.1产品介绍VI 销冠神器，作为辅销工具解决经销商在售卖场景中的痛点，利用 AR 虚拟现实技术打造辅销工具，高效支持产品售卖,满足厂商定制需求。5.2问题回顾在多次迭代中产品和客户反馈了以下几个问题：1. AR 功能识别率低,扩展性不足；2.包体过大；3.帧率低；4.发热量大；5.内存占用过高。?由于我刚接手销冠项目,对项目的熟悉程度不足，所以决定先做一些投入时间少、优化收益大的、比较宽泛的优化，等之后再做一些需要投入更多时间精力的、比较细碎优化。针对反馈的问题我做了以下工作：5.3AR 优化? 问题分析：我分析了一下 AR 功能性能指标差主要是由以下几个原因导致的:1. 代码耦合严重；2. 实车绑定和平面识别速度过慢；3. 实车绑定训练文件过大；4. 安卓 iOS 代码写在一个类里面耦合严重；5. 扫车和扫平面同时创建内存占用较多。?优化过程：项目中使用 2 个场景用来区分 EasyAR 和 Vuforia减少到 1 个场景，安卓和 iOS 在自己的类里实现逻辑，初始化时判断平台，通过继承实现每个端的相关逻辑,可以处理一些复杂情况。比如安卓平台的 Vuforia 和 EasyAR 切换 和 iOS 平台的扫描车和地面切换的问题。通过异步和更改加载时机来解决扫平面和扫车的内存峰值，配置了一个 Editor 环境下模拟 AR 环境的设置,可以很方便在 Editor 环境下复现问题，省下经常打包到手机上的时间，训练模型优化 模型减面后重新训练一版，在不降低识别精度的情况下减少包体大小。优化结论：1. 降低了 28mb 的包体大小；2. 提高了平面和实车的识别率和稳定性；3. 降低了代码耦合,解决了遗留的 bug；4. 配置了 Editor 模拟环境,提高了开发效率和 Debug 效率。?5.4贴图优化问题分析：在项目中发现有一些材质的图片尺寸较大，而且一张图片重复导入了多次。?优化过程：跟美术人员反馈后，在他们新制作的材质包中做了优化，使用了新的 shader，用更低的内存占用实现了更好的效果。?优化结论:1. 在提高美术效果的同时降低渲染压力；2. 降低发热,提高项目的稳定性；3. 降低 200m 左右的内存占用,实现了更好的美术效果。?5.5内存优化问题分析:接手项目是 AR 加载时内存峰值 iPhone7Plus 会经常崩溃,并且打开 WebView 的时候也会超出内存限制引发项目崩溃并且项目发热严重,帧率不稳定。经过细致排查发现主要是因为:1. 各个模块加载时的资源抢占；2. 多张 4k 材质贴图未压缩 渲染数据包过大；3. 精细的模型和过高的帧率。?优化过程:解耦各个模块的依赖，错开初始化时机，降低内存峰值；使用新的材质实现方式，用更小的图片实现更好的美术效果；给美术提供减面思路,并适度降低帧率。?优化结论:1. 减少内存峰值；2. 减少总内存占用 200m 左右。?5.6发热优化问题分析:销冠项目发热部分是来源于1. 摄像头的发热量；2. CPU/GPU 占用过高；3. 渲染次数多；4. 渲染数据大；5. 帧率高。?发热量优化一般要做到两点:降低渲染次数和降低每次渲染的数据大小。?优化过程:设置项目帧率至 45 帧，默认 Unity 不限制帧率，一般会跑满手机全部性能，较高的帧率会带来大量发热；降低渲染次数 UI 图片打成图集降低 drawcall；压缩材质图片 项目中用到了一些过大的材质图片,已反馈给模型制作方进行材质图片压缩。?优化结论:1. CPU 温度从 65 度降到 55 度；2. 发热开始时间明显延后。?5.7包体优化问题分析:接手销冠项目时包体大小为 210mb这里的包体大小用安卓的 apk 大小来举例销冠项目包体占用的大头有：1. AR ?Vuforia 和 EasyAR 的 SDK 都会占用 20mb 左右的包体大小.Vuforia 的训练文件又会占用了 50mb 共计 90mb；2. 打包到本地的材质贴图和模型 共计 90mb；3. UI 图片 15mb 左右；4. Unity 引擎和代码逻辑 20mb 左右。?优化过程:剔除项目无用图片资源 212m→206m，Vuforia 训练模型减面 206m→170m，本地美术资源上传网络 按需下载 170m→80m。?优化结论:包体从 210MB 降低到 80MB。6.总结?随着工作经验的不断增长，发现优化和架构才是程序员的核心竞争力。在初中级程序期,我也烦恼过为什么要去了解那么多底层和算法知识。现在看来,这些知识都是前人无数次迭代和试错总结出来的。在学习的同时也掌握了一套自己的经验,在之后的工作中写出更健壮和高效的代码。?销冠项目只做了部分优化,还有很多细节可以继续优化。目前销冠项目由其他同事负责维护,现在我所在的全息项目也到了要优化的阶段。未来提升方向是在不牺牲画面效果的同时提升程序性能，着重资源管理和 Shader 的开发。限于作者水平，难免会有疏漏和错误，欢迎指正，共同交流。优质文章分享关于优化已经有很多非常好的文章,这里推荐一些：[1] Unity 性能优化总结—CPU篇https://zhuanlan.zhihu.com/p/21913747[2] Unity 优化之 GPU 优化 https://zhuanlan.zhihu.com/p/47056964[3] Unity 游戏中，在做性能优化时怎么准确判断是内存、CPU、GPU 瓶颈呢？https://www.zhihu.com/question/522171023[4] Unity 移动端游戏性能优化简谱之 常见游戏内存控制https://blog.uwa4d.com/archives/EDU_Performance2.html[5]如何定位游戏发热问题?https://blog.uwa4d.com/archives/TechSharing_300.html[6] Unity 移动端游戏性能优化简谱之前言?https://blog.uwa4d.com/archives/EDU_Performance.html[7] Unity 官方 Profiler 文档?https://docs.unity3d.com/cn/current/Manual/ProfilerMemory.html[8] C#代码优化：拯救你的 CPU 耗时?https://zhuanlan.zhihu.com/p/348544667[9] 基础且直白的 Unity 渲染 https://zhuanlan.zhihu.com/p/457706826?UWA 性能优化系列:[1] Unity 性能优化系列—渲染模块?https://blog.uwa4d.com/archives/UWA_ReportModule1.html[2] Unity 性能优化系列—加载与资源管理?https://blog.uwa4d.com/archives/UWA_ReportModule2.html[3] 粒子系统优化——如何优化你的技能特效?https://blog.uwa4d.com/archives/UWA_ReportModule3.html[4] Unity 性能优化系列—Lua代码优化?https://blog.uwa4d.com/archives/UWA_ReportModule4.html[5] Unity 性能优化系列 — 资源内存泄漏?https://blog.uwa4d.com/archives/UWA_ReportModule5.html[6] Unity 性能优化 — 动画模块?https://blog.uwa4d.com/archives/UWA_ReportModule6.html[7] Unity 性能优化 — 物理模块?https://blog.uwa4d.com/archives/UWA_ReportModule7.html[8] Unity 性能优化 — UI模块?https://blog.uwa4d.com/archives/UWA_ReportModule8.html作者简介?胡春源?主机厂事业部-创新项目团队。2022年2月入职汽车之家，先后负责VI销冠神器和全息仓的架构、优化、功能开发等工作。现在主要负责全息仓的架构和功能的相关工作。阅读更多：二手车之家业务缓存应用实战基于Flink+Starrocks建设之家广告实时数据面向推荐的汽车知识图谱构建