你已經決定使用Unity開發(fā)一款VR游戲，并且以Samsung GearVR作為你的目標平臺。想要在這個設備上運行起來其實很容易，但是問題是，幀率實在是太低了。你的十字準星像粘住了一樣，在視野的邊上還會閃爍黑邊，相機的移動看起來好像攝影師被踢了一樣糟糕。你已經知道維持一個穩(wěn)定的幀率有多重要，現在終于知道為什么了——在移動VR應用中，低于60FPS的時候不僅僅是看起來糟糕，更重要的是體驗超爛。你的高端PC動輒跑到1000FPS，聽起來好像搭載了個噴氣機引擎，但實際上但風扇轉起來的時候沒有明顯提升（不太理解原作者這句話的意思）。你所需要的是一個優(yōu)化方法，以便讓你的作品跑在移動芯片上。

GearVR環(huán)境與高效VR游戲的特點

這并不是關于GearVR的一個包羅萬象的性能優(yōu)化介紹，這僅僅是個快速開始。在這一篇博客中，我們將討論GearVR硬件，以及一個設計良好的移動VR程序的特點。接下來的一篇博客將介紹你已經構建好的程序怎樣做性能優(yōu)化。這篇博客基于Unity做優(yōu)化，因為它看起來在GearVR開發(fā)者中間比較流行。但是，這里提到的概念可以應用于任何游戲引擎。

了解你的硬件

在你動手找到性能瓶頸以前，應該先思考一下手機的性能特點。一般來說，移動圖形管線基于一個非常快的CPU，一個非?？斓腉PU，它們通過一個非常慢的總線或者內存控制器連接，以及具有諸多限制的OpenGL ES驅動。GearVR運行在Samsung Note 4和Samsung Galaxy S6（估計這篇博客寫的時候是這樣的）。這兩個產品先實際上代表了許多不同的硬件配置：

• Note4有兩種不同的芯片組。在南美和歐洲出售的設備基于高通驍龍Snapdragon處理器（驍龍805），而在韓國和亞洲其他地方出售的則是三星Exynos獵戶座處理器（獵戶座5433）。驍龍?zhí)幚砥饔兴膫€核心，而獵戶座有八個核心。這些設備分別搭載了兩種不同的GPU：高通Adreno420圖形處理器和Mali-T760。
• Note4可以進一步按操作系統劃分。大多數設備多運行這Android 4.4.4 (KitKat)，但是Android 5 (Lollipop) 已經可以獲取更新了。使用Exynos獵戶座處理器的Note4設備全都運行在Android 5上面。
• Galaxy S6設備都基于同樣的芯片組：三星獵戶座處理器Exynos 7420 (搭載Mali-T760M8 GPU)。S6還存在另一個版本，Galaxy S6 Edge，但是從內部來說，它和S6是一樣的。
• 所有的Galaxy S6都是Android 5系統。

如果這看起來比較亂的話，不要著急：盡管設備之間的硬件配置各部相同，這些設備的性能測試方法非常類似（只有一個例外，參見下面“陷阱”一節(jié)）。如果你能夠使他們在一臺設備上運行加快，那么在其他設備上也會加快。

對大多數移動芯片組來說，3D圖形性能在這些設備有相當可靠的特點。下面列舉一些使得GearVR工程變慢的原因（按嚴重程度排序）：

• 場景必須依賴渲染器（例如陰影和反射）（消耗CPU/GPU）
• 綁定VBOs來發(fā)射draw call（消耗CPU/驅動）
• 透明，多通道shader，逐像素光照，其他填充大量像素的效果（消耗GPU/IO）
• 大型紋理加載，傳送以及其他形式的內存拷貝（消耗IO/內存控制）
• 蒙皮動畫（消耗CPU）
• Unity垃圾回收限制（消耗CPU）

另一方面，這些設備具有相對較大的內存，可以塞進去大量的多邊形。注意，Note4和S6都是2560x1440的顯示屏，默認情況下，為了節(jié)省填充率我們渲染兩個1024x1024的紋理。

了解VR環(huán)境

由于VR渲染每幀都要渲染兩次，每次渲染一只眼睛的圖像，非常消耗硬件性能。在Unity 4.6.4p3和5.0.1p1版本中，這意味著每個draw call都要發(fā)送兩次，每個mesh繪制兩次，每個紋理綁定兩次。還有一個比較小的開銷，就是把最終的幀圖像輸出，包括扭曲和TimeWarp（大約2毫秒）。將來肯定還會有進一步優(yōu)化的，但是目前我們卡在整個幀渲染兩次。這意味著，渲染管線中一些開銷最大部分的消耗是一般的游戲的兩倍。

考慮到這些，下面是GearVR應用的一些合理目標：

• 每幀50-100次draw call
• 每幀50k-10k個多邊形
• 紋理越少越好（可以使用大紋理）
• 腳本執(zhí)行時間1-3毫秒（Unity Update（））

請記住，這些并不是死限制，而是一些經驗法則。

這幀畫面中有3萬個多邊形和40個draw call

還要注意，Oclus Mobile SDK引入了一個API，可以調節(jié)CPU和GPU的使用來控制手機發(fā)熱和電池消耗（示例用法查看OVRModeParams.cs）。這些方法允許你選擇CPU或者GPU哪個對你的場景更重要。舉例來說，如果你需要更多的draw call提交，把CPU調高（GPU調低）可能改進整體幀率。如果你忽略了設置這些值，你的程序會被嚴重的限制住，所以花點時間來實驗是值得的。

最后，GearVR具有Oculus的異步TimeWarp技術。當你的游戲開始減慢的時候，TimeWarp基于最近的頭部位置信息，提供了中間幀。它通過扭曲前一幀來匹配最近的頭部位置，在掉幀的時候可以幫助你平穩(wěn)過度，所以沒有借口跑不到60幀。當你搖頭的時候，如果你在視場邊緣看到了黑色閃爍的條塊，這意味著你的游戲運行的太慢了，就算TimeWarp也沒有足夠的幀圖像來填充空白了。

面向性能的設計

開發(fā)一個高性能程序的最佳方法就是預先設計好。對于GearVR應用來說，這通常意味著圍繞移動設備GPU的特點來設計。

設置

在開始之前，確保你的Unity工程設置為最佳性能。特別的，一定要確保設置下面的選項：

• Static batching
• Dynamic batching
• GPU skinning
• Multithreaded Rendering
• Default Orientation to Landscape Left

Batching

既然知道了draw call通常是GearVR程序最耗費性能的部分，那么第一步就是要把場景所需draw call盡可能少。一個draw call是一條發(fā)送給GPU使其繪制一個mesh或者一部分mesh的指令。這個操作代價最高的部分實際上是mesh本身的選擇。每次游戲決定繪制一個新mesh時，這個mesh在被發(fā)送到GPU之前必須被驅動處理過。Shader必須要綁定，可能發(fā)生格式轉換等等；每次一個新mesh選定之后，驅動都要使用CPU進行工作。所以當draw call發(fā)送時，最嚴重的開銷是這個選擇的過程。

然而，這也意味著，一旦一個mesh（或者更加具體的，頂點緩沖對象VBO）選擇之后，我們可以花費一次選擇的成本，然后對它渲染多次。只要沒有新mesh（或者shader，或者紋理）被選擇，這個狀態(tài)會被驅動緩存下來，然后draw call的發(fā)送就快多了。為了利用這一點來提升性能，我們實際上可以把多個mesh打包成一個大的頂點數組，然后使用同一個VBO渲染它們。我們花費了一次整體mesh的選擇成本，然后從包含在這個對象內部的mesh中，發(fā)送盡可能多的draw call。這個技巧叫做batching，比每個mesh都創(chuàng)建一個VBO的方法快的多，這也是我們進行draw call優(yōu)化的基礎。

包含在一個VBO中的所有mesh，為了能正確的batching，必須有相同的材質設置：相同的紋理、相同的shader，相同的shader參數。為了利用unity中的batching，實際上你需要更進一步：只有對象具有相同的材質對象指針，他們才能給正確batching。最后，下面是一些經驗法則：

• 大紋理/紋理圖集：盡可能少的使用紋理，盡可能多的把模型映射到僅有的幾張大紋理上。

紋理圖集

• Static標志：在Unity Inspector中把從不移動物體標記成Static。
• 材質訪問：訪問Renderer.material的時候要小心。這將會復制一份材質并返回，這會把該對象排除在batching之外（因為它的材質指針不再相同了）。請使用Renderer.sharedMaterial。
• 確保batching打開了：在Player Settings中，確保Static Batching以及Dynamic Batching都打開了。

Unity 提供了兩種方法來把mesh打包在一起： Static Batching以及Dynamic Batching。

Static Batching

當你把一個mesh標記為static，你就是在告訴Unity這個對象不會移動，動畫，或者縮放。Unity使用這個信息，在構建的時候自動的把共享材質的mesh打包成一個大型的mesh。有些情況下，這是一個非常重要的優(yōu)化；出來打包mesh減少draw call，Unity還把變換信息記錄在每個mesh的頂點位置中，所以它們就不需要在運行時變換。場景中標記為static的部分越多越好。請記住為了進行批處理該過程需要mesh具有同樣的材質。

注意，因為static batching在構建時產生新的大型mesh，這會增加程序最終二進制文件的大小。這通常對GearVR開發(fā)者來說不是問題，但是如果你的游戲有好多個獨立場景，并且每個場景有很多的靜態(tài)mesh，加起來就會很大。另一個選項是使用 StaticBatchingUtility.Combine 在運行時來生成打包的紋理，而不會使你的程序體積膨脹（需要花費一次性的CPU使用和一些內存）。

最后，請確保你正在使用的Unity版本支持static batching。

Dynamic Batching

Unity同樣可以打包沒有標記為靜態(tài)的mesh，只要他們符合共享材質的需求。如果你打開了Dynamic Batching選項，這個過程幾乎可以自動生成。每幀計算要打包的mesh的時候會有一些開銷，但是從性能的角度來看，通常會有一個明顯的提升。

其他batching問題

要注意的是，有一些方法會破壞打包。渲染陰影和其他多通道shader需要一個狀態(tài)轉換，使得對象不能正確的打包。多通道shader也會使得mesh被提交多次，在GearVR上應該引起注意。逐像素的光照有同樣的效果：在Unity4中使用默認的Diffuse著色器，投射到mesh上的每個光源都會使得mesh提交一次。這會使得draw call很快增長并超過多邊形數量限制。如果你需要逐像素的光照，可以嘗試把Quality Setting窗口中同時光源的數量設置成1。最接近的光源會以逐像素方式進行渲染，附近的光照將會使用球諧方法進行計算。要更好的話，刪除所有像素光照，使用光照探測器。還要注意的是，batching通常對蒙皮的mesh不起作用。透明物體必須以一定的順序進行渲染，因此batch效果不太好。

好消息是，你可以在編輯器中測試和調試batching。Unity Profiler和Game窗口中的Stats面板都可以告訴你發(fā)送了多少次draw call以及batching節(jié)省了多少資源。如果你的幾何體使用很少數量的紋理，那你就不用實例化材質、標記static對象，你的場景也會很高效。

Transparency, Alpha Test, and Overdraw

如上所述，移動設備的芯片通常是“fill-bound”，意味著填充像素的花銷是一幀中最昂貴的部分。降低填充花銷的關鍵是每個屏幕上的像素都只渲染一次。多通道的shader，逐像素光照效果（例如Unity
默認的specular著色器），還有透明物體都需要把它們涉及到的像素渲染多次。類似這些像素太多的話，將會充滿總線。

做為一個最佳實踐，嘗試把Quality Settings中的Pixel Light Count限制到1.如果你使用了多余一個的逐像素光源，確保你知道他們要作用于那個幾何體，以及渲染該幾何體多次的代價。類似的，讓透明物體盡量小點。因為主要的開銷是渲染像素，所以物體占據的像素越小，幀渲染完成的越快。注意像煙霧這樣的透明特效，可能占據比你想象中更多的像素。

還要注意的是，在移動設備上絕對不要使用alpha測試著色器，例如Unity的cutout著色器。Alpha測試的操作（還要clip()，或者像素著色器中顯式的discard操作）強制一些普通的移動設備GPU取消了硬件填充優(yōu)化，使得渲染非常慢。Discard像元的操作會導致大量難看的走樣(aliasing)，盡量使用不透明物體。

Performance Throttling

在你測試場景性能之前，你需要確保你設置了CPU和GPU的限制。因為VR游戲的性能達到了移動設備的界限，你必須在CPU和GPU之間設置一個權重。如果你的游戲偏重CPU，為了讓CPU滿速運行，你可以調低GPU。如果偏重GPU可以做相反的操作。如果你的游戲已經很流暢了，可以把兩者都調低，這樣能夠節(jié)省電量，延長用戶在線時間。更多的信息請查看Mobile SDK documentation中的“Power Management”部分。

重要的是，在你開始任何類型的性能測試之前都要設置CPU和GPU限制。如果這些值初始化失敗的話，程序將會在默認設置非常低的環(huán)境中運行。因為大多數GearVR應用一般都會偏重CPU，所以通常會把CPU調整的高于GPU。OVRModeParams.cs中有一個關于怎樣初始化節(jié)流設置的例子，你可以復制粘貼到游戲啟動腳本中。

Gotchas陷阱

在考慮性能優(yōu)化的時候，你還應該記住下面這些技巧：

• 有一個特殊的設備比其他都要慢，具體來說就是基于驍龍的Note 4運行Android 5的系統，圖形驅動在draw call方面似乎有一個倒退。對于draw call已經達到限制的游戲，會發(fā)現這個問題非常嚴重（draw call時間增加了20%），會導致正常的渲染管線停滯并且整體幀率下降。我們正和三星和高通努力解決這個問題。運行Android4.4系統的驍龍?zhí)幚砥鞯腘ote 4設備，還有Exynos處理器的Note 4和S6設備，都不受此影響。
• 盡管對CPU和GPU進行節(jié)流很大程度上減輕了手機的發(fā)熱，對重量級的應用來說，在長時間運行的時候導致設備過熱仍然是可能的。這種情況發(fā)生時，手機會警告用戶，然后降低處理器的頻率，會導致VR應用無法使用。如果你正在做性能測試和解決發(fā)熱問題，請讓手機先休息五分鐘再繼續(xù)。
• Unity 4免費版不支持static batching和Unity Profiler。Unity 5的個人版已經有了。
• S6不支持各向異性紋理過濾。

到此結束。下一篇，我們將討論怎樣調試真實的性能問題。

原文

https://developer3.oculus.com/blog/squeezing-performance-out-of-your-unity-gear-vr-game/