次世代手游美术资源优化干货分享

小篱

　　次世代，是日本流传过来的叫法，意思是下一个时代，未来的时代，常说的次世代科技，即指还未广泛应用的现金技术。后来这个名次变成了一个人们的习惯，将次世代变成一个名词，用来代表某类具备特定属性的游戏类型。

　　随着科技的发展，手机硬件不断升级优化，使我们可以在移动端上实现次世代游戏的画面效果。虽然如此，我们还是受到一些硬件限制的瓶颈，我们不可能像之前制作主机游戏那样“肆意浪费、随心所欲”，必须要优化处理各种美术资源，以便在不同的平台，不同的硬件终端上有一个好的游戏体验。

　　性能瓶颈有哪些？

　　对于一个游戏来说，有两种主要的计算资源：CPU和GPU。它们会互相合作，来让我们的游戏可以在预期的帧率和分辨率下工作。CPU负责其中的帧率，GPU主要负责分辨率相关的一些东西。

　　总结起来，主要的性能瓶颈在于：

　　CPU：

　　过多的Draw Calls

　　复杂的脚本或者物理模拟

　　GPU:

　　填充率：图形处理单元美妙渲染的像素数量

　　像素的复杂度：比如动态阴影，光照，复杂的shader等等

　　几何体的复杂度：顶点数量

　GPU的显存宽带

　　涉及的优化技术

　　对于CPU来说，限制它的主要是游戏中的Draw Calls，那么什么是Draw Calls呢？Draw Calls是CPU调用底层图形接口，比如有上千个物体，每一个的渲染都需要去调用一次底层接口，而每一次的调用CPU都需要做很多工作，那么CPU必然不堪重负。但是对于GPU来说，图形处理的工作量是一样的，所以对Draw Calls的优化，主要就是为了尽量解放CPU在调用图形接口上的开销。

　　上面说到过，我们需要绘制图像时，就一定需要调用Draw Calls。例如，一个场景有水有树，我们渲染水的时候，使用的是一个matenall以及一个shader，但渲染树的时候需要一个完全不同的matenall和shader，那么就需要CPU重新准备顶点数据、重新设置shader，而这种工作实际上是非常耗时的。如果场景中，每一个物体都使用不同的matenall、不同的纹理。那么就会产生太多的Draw Call，影响帧率，游戏性能就会下降。其它COY的性能瓶颈还有物理、布料模拟、粒子模拟等，都是计算量很大的操作。

　　而对于GPU来说，它负责整个渲染流水线，它会从处理CPU传递过来的模型数据开始，进行Vetex Shader、Fragment Shader等一系列工作，最后输出屏幕上的每个像素。因此它的性能瓶颈可能和需要处理的顶点数目的、屏幕分辨率、显存等了解了上面基本内容后，下面涉及到的优化技术有：

　　CPU优化

　　减少Draw Call数量


　　GPU优化

　　顶点数优化

　　像素优化

　　带宽优化

　　如何减少Draw Call数量？

　　1批处理（Batching）

　　最常见的就是通过批处理了。从名字上来解释，就是一块处理多个物体的意思，那么什么样的物体可以一起处理呢？答案是使用同一个材质的物体。因此，对于同一材质的物体，它们之间的不同仅仅在于顶点数据的差别，即使用的网络不同而已。我们可以把这些顶点数据合并在一起，再一起发送给GPU，就可以完成一次批处理。

　　Unity中含有两种批处理方式：一种是动态批处理，一种是静态批处理。

　　对于动态批处理来说，好消息是一切处理都是自动的，不需要我们自己做任何操作，而且物体是可以移动的。但坏消息是，限制很多，可能一不小心我们就会破坏这种机制，导致unity无法批处理一些使用了相同材质的物体。对于静态批处理来说，好消息是自由度很高，限制很少，坏消息是可能会占用更多的内存，而且经过静态批处理后的所有物体都不可以再移动了。

　　首先来说动态批处理。

　　Unity进行动态批处理的条件是，物体使用同一材质并且满足一些特定条件。Unity总是在不知不觉中就为我们做了动态批处理。动态批处理虽然自动的令人感动，但是它对模型的要求很多。

　　1、顶点熟悉的最大限制为900。

　　2、物体都必须需要使用同一个缩放尺度（可以是（1,1,1）、（1,2,3）、(1.5、1.4、1.3)等等，但必须都一样）。但如果是非统一缩放（即每个维度的缩放尺度不一样）。例如（1,2,1）），那么如果所有的物体都是使用不同的非统一缩放也是可以批处理的。

　　3、使用lightmap的物体不会动态批处理，多passes的shader会中断批处理，接受实时阴影的物体也不会批处理。

　　动态批处理的条件这么多，因此unity提供了另一个方法，静态批处理。方法很坚定，只需要把物体的“Static Flag”勾选上。

　　有一些小提示可以使用：

　　1、尽可能选择静态批处理，但得时刻小心对内存的消耗

　　2、如果无法进行静态批处理，而要使用动态批处理的话，那么小心上面提到的各种注意事项。例如：

　　尽可能让这样的物体少并且尽可能让这些物体包涵少量的顶点属性。

　　不要使用统一缩放，或者都使用不同的非统一缩放。

　　3、对于游戏中的小道具，可以使用动态批处理。

　　4、对于包含动画的这类物体，我们无法全部使用静态批处理，但其中如果有不动的部分，可以把这部分标识成“Static”。

　　虽然批处理是个很好的方式，但很容易就打破它的规定。例如，场景中的物体都使用Diffuse材质，但它们可能会使用不同的纹理。因此，尽可能把多张小纹理合并到一张大纹理中是一个好主意。

　　GPU的优化

　　1顶点优化

　　（1）优化Mesh，减少顶点数量。

　　3D游戏制作都是由模型制作开始，而在建模的时候，有一条我们需要记住，尽可能减少模型中三角形的数目，一些对于模型没有影响，或是肉眼非常难察觉到区别的顶点都要尽可能去掉。

　　（2）LOD技术

　　LOD技术有点类似于Mipmap技术，不同的是，LOD是对模型建立了一个模型金字塔。根据摄像机距离对象的远近，选择使用不同精度的模型，它的好处是可以在适当的时候大量减少需要绘制的顶点数目。它的缺点同样是需要占用更多的内存，而且如果没有调整后距离的话，可能会造成模拟的突变。

　　在unity中，可以通过LOD Group来实现LOD技术。

　　（3）遮挡剔除（Occlusion culling）技术

　　遮挡剔除是用来清除躲在其他物件后面看不到的物件，这代表资源不会浪费在计算那么像看不到的顶点上，进而提升性能。

　　2像素优化

　　（1）控制绘制顺序

　　像素优化的重点在于减少overdraw。之前提过，overdraw指的就是一个像素被绘制了多次，关键在于控制绘制的顺序。

　　Unity还提供了查看overdraw的视图，当然这里的视图只是提供了查看物体遮挡的层数关系，并不是真正的最终屏幕绘制的overdraw。也就是说，可以理解为它显示的是如果没有使用任何深度检验时的overdraw，这种视图是通过把所有对象都渲染成一个透明的轮廓，通过查看透明颜色的累计程度，来判断物体的遮挡。

　　需要控制绘制顺序，主要原因是为了最大限度的避免overdraws，也就是同一个位置的像素可以需要被绘制多变。在PC上，资源无限，为了得到最准确的渲染结果，绘制顺序可能是从后往前绘制不透明物体，然后再绘制透明物体进行混合。但在移动平台上，这种会造成大量overdraw的方式显然是不合适的，我们应该尽量从前往后绘制。从前往后绘制之所以可以减少overdraw，都是因为深度检验的功劳。

　　在unity中，哪些shader中被设置为“Geometry”队列的对象总是从前往后绘制的，而其它固定队列的物体，则都是从后往前绘制的。这意味着，我们可以尽量把物体的队列设置为“Geometry”。而且，我们还可以充分利用unity的队列来控制绘制顺序。

　　（2）警惕透明物体的使用

　　对于透明对象，由于它本身的特性决定如果要得到正确的渲染效果，就必须从后往前渲染，而且抛弃了深度检验。这意味着，透明物体几乎一定会造成overdraws。如果我们不注意这一点，在一些机器上可能会造成严重的性能损失。例如，对于GUI对象来说，它们大多被设置成了半透明，如果屏幕中GUI占据的比例太多，而主摄像机又没有进行调整而是投影整个屏幕，那么GUI就会造成屏幕大量的overdraws。

　　因此，如果场景中有大量的透明对象，或者有很多层覆盖的多层透明对象（即使它们每个的面积都不大）。或者是透明的粒子效果，在移动设备上也会造成大量的overdraws，这是应该尽量避免的。

　　对于上述的GUI这种情况，我们可以尽量减少窗口中的GUI所占的面积，如果实在无能为力，我们可以把GUI绘制和三位场景的绘制交给不同的摄像机。而其中负责三位场景的摄像机的视角范围尽量不要和GUI重叠。对于其他情况，只能说，尽可能少用。当然这样会对游戏的美观度产生一定影响，因此我们可以在代码中对激起的性能进行判断，例如首先关闭所有的耗费性能的功能，如果发现这个激起表现非常良好，再尝试开启一些特效功能。

　　（3）尽量避免实时光照

　　实时光照对于移动平台是个非常昂贵的操作。如果只有一个平行光还好，但如果场景中包含了太多光源并且使用了很多Passes的shader，那么很有可能会造成性能下降。而且在有些机器上，还要面临shader失效的风险。例如，一个场景里如果包含了三个逐像素的点光源，而且使用了逐像素的shader，那么很可能将Draw Calls提高了三倍，同时也会增加overdraws，这是因为，对于逐像素的光源来说，被这些光源照亮的物体要被再渲染一次。更糟糕的是，无论是动态批处理还是静态批处理，对于这种逐像素的pass都无法进行批处理，也就是说，它们会中断批处理。

　　3带宽优化

　　（1）使用Texture Atlas

　　使用Texture Atlas可以帮助减少Draw Calls，而这些纹理的大小同样是一个需要考虑的问题。在这之前要提到一个问题就是，所有纹理的长宽比最好是正方形，而且长度值最好是2的整数幂，这是因为很多优化策略只有在这种时候才可以发挥最大的效用。

　　（2）关于Generate Mip Maps

　　Generate Mip Maps会为同一张纹理创建出很多不同大小的小纹理，构成一个纹理金字塔，而在游戏中，可以根据距离物体的远近，来动态选择使用哪一个纹理。

　　这是因为，在距离物体很远的时候，就算我们使用了非常精细的纹理，但肉眼也是分辨不出来的，这种时候完全可以使用更小、更模糊的纹理来代替，而这可以节省大量访问的像素的数目。但它的缺点是，由于需要为每个纹理简历一个图像金字塔，因此它会需要占用更多的内存。

　　（3）优化纹理尺寸大小、压缩格式

　　纹理尺寸大小：

　　纹理尺寸大小通过MaxSize设置，它决定了纹理的长宽值，如果我们使用的纹理本身超过了这个最大值，unity会对其进行缩小来满足这个条件。

　　这里特别说明一点，所有纹理的长宽比最好是正方形，而且长度值最好是2的整数幂，例如64、128等。这是因为有很多优化策略只有在这种时候才可以发挥最大的效用。

　　压缩格式：

　　压缩格式通过Format设置，Format负责纹理使用的压缩格式。通常选择这种自动模式就可以了。Unity会负责根据不同的平台来选择合适的压缩模式。对于GUI类型的纹理，我们可以根据对画质的要求来选择是否进行压缩。我们还可以根据不同的激起来选择使用不同的分辨率的纹理，以便让游戏在某些老机器上也可以运行。例如在安卓平台上，我们的压缩模式会采用RGB Compresses ETC 4 Bits。在ios平台上，我们采用的压缩模式是RGB Compresses PVRTC4 Bits。

注：手游圈内人整理自创梦天地开发者邵雷的“关于次世代手游美术资源的优化”的主题演讲。