[Unity3D]圖形渲染優化、渲染管線優化、圖形性能優化

主要內容也可以參考:
http://docs.unity3d.com/Documentation/Manual/OptimizingGraphicsPerformance.html

最簡單的優化建議:

1.PC平臺的話保持場景中顯示的頂點數少於200K~3M,移動設備的話少於10W,一切取決於你的目標GPU與CPU。
2.如果你用U3D自帶的SHADER,在表現不差的情況下選擇Mobile或Unlit目錄下的。它們更高效。
3.儘可能共用材質。
4.將不需要移動的物體設爲Static,讓引擎可以進行其批處理。
5.儘可能不用燈光。
6.動態燈光更加不要了。
7.嘗試用壓縮貼圖格式,或用16位代替32位。
8.如果不需要別用霧效(fog)
9.嘗試用OcclusionCulling,在房間過道多遮擋物體多的場景非常有用。若不當反而會增加負擔。
10.用天空盒去“褪去”遠處的物體。
11.shader中用貼圖混合的方式去代替多重通道計算。
12.shader中注意float/half/fixed的使用。
13.shader中不要用複雜的計算pow,sin,cos,tan,log等。
14.shader中越少Fragment越好。
15.注意是否有多餘的動畫腳本,模型自動導入到U3D會有動畫腳本,大量的話會嚴重影響消耗CPU計算。
16.注意碰撞體的碰撞層,不必要的碰撞檢測請捨去。


1.爲什麼需要針對CPU(中央處理器)與GPU(圖形處理器)優化?

CPU和GPU都有各自的計算和傳輸瓶頸,不同的CPU或GPU他們的性能都不一樣,所以你的遊戲需要爲你目標用戶的CPU與GPU能力進行鍼對開發。


2.CPU與GPU的限制

GPU一般具有填充率(Fillrate)和內存帶寬(Memory Bandwidth)的限制,如果你的遊戲在低質量表現的情況下會快很多,那麼,你很可能需要限制你在GPU的填充率。

CPU一般被所需要渲染物體的個數限制,CPU給GPU發送渲染物體命令叫做DrawCalls。一般來說DrawCalls數量是需要控制的,在能表現效果的前提下越少越好。通常來說,電腦平臺上DrawCalls幾千個之內,移動平臺上DrawCalls幾百個之內。這樣就差不多了。當然以上並不是絕對的,僅作一個參考。

往往渲染(Rendering)並不是一個問題,無論是在GPU和CPU上。很可能是你的腳本代碼效率的問題,用Profiler查看下。

關於Profiler介紹:http://docs.unity3d.com/Documentation/Manual/Profiler.html

需要注意的是:
在GPU中顯示的RenderTexture.SetActive()佔用率很高,是因爲你同時打開了編輯窗口的原因,而不是U3D的BUG。

3.關於頂點數量和頂點計算

CPU和GPU對頂點的計算處理都很多。GPU中渲染的頂點數取決於GPU性能和SHADER的複雜程度,一般來說,每幀之內,在PC上幾百萬頂點內,在移動平臺上不超過10萬頂點。

CPU中的計算主要是在蒙皮骨骼計算,布料模擬,頂點動畫,粒子模擬等。GPU則在各種頂點變換、光照、貼圖混合等。

【個人認爲,具體還是看各位的項目需求,假設你項目的是3D遊戲。你遊戲需要兼容低配置的硬件、流暢運行、控制硬件發熱的話,還要達到一定效果(LIGHTMAP+霧效),那麼頂點數必定不能高。此時同屏2W頂點我認爲是個比較合適的數目,DRAWCALL最好低於70。另,控制發熱請控制最高上限的幀率,流暢的話,幀率其實不需要太高的。】



4.針對CPU的優化——減少DRAW CALL 的數量

爲了渲染物體到顯示器上,CPU需要做一些工作,如區分哪個東西需要渲染、區分開物體是否受光照影響、使用哪個SHADER並且爲SHADER傳參、發送繪圖命令告訴顯示驅動,然後發送命令告訴顯卡刪除等這些。

假設你有一個上千三角面的模型卻用上千個三角型模型來代替,在GPU上花費是差不多的,但是在CPU上則是極其不一樣,消耗會大很多很多。爲了讓CPU更少的工作,需要減少可見物的數目:

a.合併相近的模型,手動在模型編輯器中合併或者使用UNITY的Draw call批處理達到相同效果(Draw call batching)。具體方法和注意事項查看以下鏈接:

Draw call batching : http://docs.unity3d.com/Documentation/Manual/DrawCallBatching.html


b.在項目中使用更少的材質(material),將幾個分開的貼圖合成一個較大的圖集等方式處理。

如果你需要通過腳本來控制單個材質屬性,需要注意改變Renderer.material將會造成一份材質的拷貝。因此,你應該使用Renderer.sharedMaterial來保證材質的共享狀態。

有一個合併模型材質不錯的插件叫Mesh Baker,大家可以考慮試下。

c.儘量少用一些渲染步驟,例如reflections,shadows,per-pixel light 等。

d.Draw call batching的合併物體,會使每個物體(合併後的物體)至少有幾百個三角面。

假設合併的兩個物體(手動合併)但不共享材質,不會有性能表現上的提升。多材質的物體相當於兩個物體不用一個貼圖。所以,爲了提升CPU的性能,你應該確保這些物體使用同樣的貼圖。

另外,用燈光將會取消(break)引擎的DRAW CALL BATCH,至於爲什麼,查看以下:

Forward Rendering Path Details:
http://docs.unity3d.com/Documentation/Components/RenderTech-ForwardRendering.html

e.使用相關剔除數量直接減少Draw Call數量,下文有相關提及。


5.優化幾何模型

最基本的兩個優化準則:
a.不要有不必要的三角面。
b.UV貼圖中的接縫和硬邊越少越好。

需要注意的是,圖形硬件需要處理頂點數並跟硬件報告說的並不一樣。不是硬件說能渲染幾個點就是幾個點。模型處理應用通展示的是幾何頂點數量。例如,一個由一些不同頂點構成的模型。在顯卡中,一些集合頂點將會被分離(split)成兩個或者更多邏輯頂點用作渲染。如果有法線、UV座標、頂點色的話,這個頂點必須會被分離。所以在遊戲中處理的實際數量顯然要多很多。


6.關於光照

若不用光肯定是最快的。移動端優化可以採用用光照貼圖(Lightmapping)去烘培一個靜態的貼圖,以代替每次的光照計算,在U3D中只需要非常短的時間則能生成。這個方法能大大提高效率,而且有着更好的表現效果(平滑過渡處理,還有附加陰影等)。

在移動設備上和低端電腦上儘量不要在場景中用真光,用光照貼圖。這個方法大大節省了CPU和GPU的計算,CPU得到了更少的DRAWCALL,GPU則需要更少頂點處理和像素柵格化。

Lightmapping : http://docs.unity3d.com/Documentation/Manual/Lightmapping.html


7.對GPU的優化——圖片壓縮和多重紋理格式

Compressed Textures(圖片壓縮):

http://docs.unity3d.com/Documentation/Components/class-Texture2D.html

圖片壓縮將降低你的圖片大小(更快地加載更小的內存跨度(footprint)),而且大大提高渲染表現。壓縮貼圖比起未壓縮的32位RGBA貼圖佔用內存帶寬少得多。

之前U3D會議還聽說過一個優化,貼圖儘量都用一個大小的格式(512 * 512 , 1024 * 1024),這樣在內存之中能得到更好的排序,而不會有內存之間空隙。這個是否真假沒得到過測試。

MIPMAPS(多重紋理格式):

http://docs.unity3d.com/Documentation/Components/class-Texture2D.html

跟網頁上的略縮圖原理一樣,在3D遊戲中我們爲遊戲的貼圖生成多重紋理貼圖,遠處顯示較小的物體用小的貼圖,顯示比較大的物體用精細的貼圖。這樣能更加有效的減少傳輸給GPU中的數據。


8.LOD 、 Per-Layer Cull Distances 、 Occlusion Culling

LOD (Level Of Detail) 是很常用的3D遊戲技術了,其功能理解起來則是相當於多重紋理貼圖。在以在屏幕中顯示模型大小的比例來判斷使用高或低層次的模型來減少對GPU的傳輸數據,和減少GPU所需要的頂點計算。

攝像機分層距離剔除(Per-Layer Cull Distances):爲小物體標識層次,然後根據其距離主攝像機的距離判斷是否需要顯示。

遮擋剔除(Occlusion Culling)其實就是當某個物體在攝像機前被另外一個物體完全擋住的情況,擋住就不發送給GPU渲染,從而直接降低DRAW CALL。不過有些時候在CPU中計算其是否被擋住則會很耗計算,反而得不償失。

以下是這幾個優化技術的相關使用和介紹:

Level Of Detail :
http://docs.unity3d.com/Documentation/Manual/LevelOfDetail.html

Per-Layer Cull Distances :
http://docs.unity3d.com/Documentation/ScriptReference/Camera-layerCullDistances.html

Occlusion Culling :
http://docs.unity3d.com/Documentation/Manual/OcclusionCulling.html


9.關於Realtime Shadows(實時陰影)

實時陰影技術非常棒,但消耗大量計算。爲GPU和CPU都帶來了昂貴的負擔,細節的話參考下面:

http://docs.unity3d.com/Documentation/Manual/Shadows.html


10.對GPU優化:採用高效的shader

a.需要注意的是有些(built-in)Shader是有mobile版本的,這些大大提高了頂點處理的性能。當然也會有一些限制。

b.自己寫的shader請注意複雜操作符計算,類似pow,exp,log,cos,sin,tan等都是很耗時的計算,最多隻用一次在每個像素點的計算。不推薦你自己寫normalize,dot,inversesqart操作符,內置的肯定比你寫的好。

c.需要警醒的是alpha test,這個非常耗時。

d.浮點類型運算:精度越低的浮點計算越快。

在CG/HLSL中--

float :32位浮點格式,適合頂點變換運算,但比較慢。
half:16位浮點格式,適合貼圖和UV座標計算,是highp類型計算的兩倍。
fixed: 10位浮點格式,適合顏色,光照,和其他。是highp格式計算的四倍。

寫Shader優化的小提示:
http://docs.unity3d.com/Documentation/Components/SL-ShaderPerformance.html


11.另外的相關優化:

a.對Draw Call Batching的優化
http://docs.unity3d.com/Documentation/Manual/DrawCallBatching.html

b.對Rendering Statistics Window的說明和提示:
http://docs.unity3d.com/Documentation/Manual/RenderingStatistics.html

c.角色模型的優化建議
用單個蒙皮渲染、儘量少用材質、少用骨骼節點、移動設備上角色多邊形保持在300~1500內(當然還要看具體的需求)、PC平臺上1500~4000內(當然還要看具體的需求)。

http://docs.unity3d.com/Documentation/Manual/ModelingOptimizedCharacters.html
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