Unity3D 引擎的性能优化实践

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。

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：

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。

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。

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。

Drawcall是CPU对底层图形绘制接⼝的调⽤命令GPU执⾏渲染操作，渲染流程采⽤流⽔线实现，CPU和GPU并⾏⼯作，它们之间通过命令缓冲区连接,CPU向其中发送渲染命令，GPU接收并执⾏对应的渲染命令。

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。

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。

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：

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。

• 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 debugger

• snapdragon profile

• ADB & AndroidStudio

• Xcode GPU Frame Caputre

► 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。

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。

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：

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。

► 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。

► 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。

► 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。

► 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。

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。

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