Unity3D_NGUI_性能優化實踐_CPU卡頓

http://gad.qq.com/college/articledetail/7083468

 

 

 

博爾特以9.58秒創造了百米世界紀錄，假設他是跑酷游戲的角色，卡頓一幀就足以把冠軍拱手讓人。

 

Unity3D程序各項性能問題，從Profiler可觀察到許多蛛絲馬跡。下面看幾個典型例子Profiler的CPU指標截圖。

 

有時候蛛絲馬跡非常顯眼，閃瞎鈦白金像素眼。然而有些過於顯眼，以至於Profiler都展開不了看詳情。囧。

[UICamera.Update]

 

有時候要展開很多很多很多...層才能抓住元凶。

[UICamera.Update.xxx.xxx.xxx..........GameObject.SetActive]

 

CPU曲線有偶發性卡頓，比如：

[UIPanel.LateUpdate...FillAllDrawCall]

CPU曲線也有持續性卡頓，比如：

[UIPanel.LateUpdate...FillDrawCall]

 

游戲單局內每一幀都很關鍵，卡頓輕則引起操作失誤，重則直接撞死。邊優化邊記錄，發現UI原因導致卡頓如下表所列。個別類型頻繁亮相。

序號	操作	引發問題	處理方案
①	實時加載資源	Resource.Load	預加載
②	實時分配內存	Instantiate	預先分配
③	顯示與隱藏	GameObject.SetActive	調整為其他等效方式
④	UIWIdget子類設置color、alpha、depth、position、rotation、scale、width、height、rawPivot、pivot	UIPanel.LateUpdate.FillDrawCall或FillAllDrawCall	重點處理觸發FillAllDrawCall的情況
⑤	UIBasicSprite子類設置flip、fillDirection、fillAmount、invert	觸發UIWIdget.MaskAsChange，問題同④	方案同④
⑥	UISprite設置atlas、spriteName、fillCenter	觸發UIWIdget.MaskAsChange，問題同④	方案同④
⑦	UITexture設置mainTexture、material、shader、border、uvRect	觸發UIWIdget.MaskAsChange，問題同④	方案同④
⑧	UILabel設置text、font、material、fontSize、fontStyle等一系列屬性	觸發UIWIdget.MaskAsChange，問題同④。text值變更還會觸發Font.CacheFontForText，需特別關注，真機耗時明顯。	方案同④，且避免耗時Font.CacheFontForText
⑨	重復賦值多個關聯UIWIdget組件	多次刷新不同UIWIdget組件的各項值	合並賦值
⑩	圖標位置重排	觸發UIGrid. Reposition	調整為其他等價方式
⑪	同一幀邏輯繁重	CPU耗時不平滑	分幀處理，或延遲處理
⑫	ParticleSystem粒子特效與Animation動畫	占用CPU資源	調整策略，或調整為其他方式

注：UILabel、UITexture、UISprite都是UIWidget子類，而UIWidget是UIRect子類。

 

下文舉例闡述表格中各種問題與處理方案詳情。游戲項目中實際邏輯代碼較為復雜，例子中或以Sample代碼示意。

 

①實時加載資源

問題描述：Resource.Load示意代碼

Profiler調用節點類似下圖所示。

（上圖借用其他界面某個瞬間截圖）

處理方案：預加載。資源加載不可避免，但觸發時機可以提前，也即提早加載資源，比如腳本Start()或OnEnable()，而不是游戲單局中由玩家輸入實時觸發。

 

②創建實例分配內存

問題描述：Instantiate示意代碼

Profiler調用節點類似下圖所示。

（上圖借用其他界面某個瞬間截圖）

處理方案：預先分配內存。同①，提早分配所需內存，避免實時觸發。

 

③顯示與隱藏

問題描述：顯示或隱藏物件，常規思路是采用GameObject.SetActive(true/false)，然而此方法會觸發一系列UIRect子類的初始化方法。

Profiler調用節點類似下圖所示。

處理方案：應避免直接使用GameObject.SetActive(true/false)顯示或隱藏物件，改為其他方式代替。比如設置Position把物件移進移出屏幕，或者設置Scale縮放比例、設置Alpha透明度等方式代替。

 

④設置UIWIdget屬性

問題描述：變更UIWidget（UIRect）及其子類屬性，包括alpha、color、depth、localPosition、localRotation、localScale、width、height、rawPivot、pivot，會觸發UIPanel.LateUpdate.FillDrawCall或FillAllDrawCall。

屬性	描述
alpha	透明度。1不透明，0全透明。
color	RGB顏色值
depth	組件層級
localPosition	xyz坐標
localRotation	xyz旋轉
localScale	xyz縮放
width	寬度
height	高度
rawPivot	中心點，變更時不變更transform
pivot	中心點，變更同時變更transform

在UIPanel.LateUpdate代碼中可看到，若UIWidget（UIRect）的depth、material、mainTexture變更，一定條件下會重排UIWdiget組件渲染順序，調用FillAllDrawCall或FillDrawCall。

Profiler調用節點類似下圖所示。

可看到FillAllDrawCall明顯比FillDrawCall更耗資源。

處理方案：單局游戲中應避免變更UIWdiget的depth次序，或變更UIWdiget所用的material、mainTexture，為達到同樣的界面顯示效果，可以采用變更UIWdiget其他屬性來達到相同目的。除了depth調整可能觸發FillAllDrawCall，其他屬性變更並不會觸發FillAllDrawCall。

例(1)：調整position代替調整depth，達到完全顯示與遮擋的特殊切換效果。

 

⑤設置UIBasicSprite屬性

問題描述：UIBasicSprite繼承於UIWidget，除UIWidget屬性外，UIBasicSprite自身屬性字段包括flip、fillDirection、fillAmount、invert。變更屬性值會調用UIWIdget.MaskAsChange，可能觸發UIPanel.LateUpdate.FillDrawCall或FillAllDrawCall。問題同④。

屬性	描述
flip	翻轉方式
fillDirection	填充方式
fillAmount	填充百分比
invert	是否反方向

一般來說UIBasicSprite這幾個屬性值變更並不會引發FillAllDrawCall。

處理方案：同④，根據實際情況處理。

 

⑥設置UISprite屬性

問題描述：UISprite繼承於UIBasicSprite，除UIBasicSprite屬性外，UISprite自身屬性字段包括atlas、spriteName、fillCenter。變更屬性值會調用UIWIdget.MaskAsChange，可能觸發UIPanel.LateUpdate.FillDrawCall或FillAllDrawCall。問題同⑤。

屬性	描述
atlas	所在圖集
spriteName	圖集中圖片名
fillCenter	是否填充

注意，變更atlas會變更mainTexture，進而觸發FillAllDrawCall。變更atlas的常見應用場景是因游戲邏輯而實時變更圖標。

處理方案：為了避免因atlas變更而觸發FillAllDrawCall，有幾個思路：

（1）prefab預先創建多個UISprite並設置對應的atlas和spriteName，在實際顯示時再通過變更position來達到相同目的。

（2）整合多張Atlas為一張大的Atlas，在實際顯示時只切換spriteName。

 

⑦設置UITexture 屬性

問題描述：UITexture繼承於UIBasicSprite，除UIBasicSprite屬性外，UITexture自身屬性字段包括mainTexture、material、shader、border、uvRect。變更屬性值會調用UIWIdget.MaskAsChange，進而可能觸發UIPanel.LateUpdate.FillDrawCall或FillAllDrawCall。問題同⑤。

屬性	描述
mainTexture	渲染的Texture。
material	渲染的Material。
shader	渲染的Shader。
border	四個角的坐標
uvRect	uv值

處理方案：為了避免觸發FillAllDrawCall，應盡量避免變更屬性值。一般來講，固定不變的貼圖才適合使用UITexture。

注意，UITexture有一個特殊應用場景是玩家頭像。這是因為頭像圖片是網絡下載的資源，默認僅適合UITexture顯示。於是變更mainTexture即帶來FillAllDrawCall。基於此問題，項目中采用了“動態生成Atlas，游戲中僅切換spriteName”的方案來解決。

此Atlas圖集包含了真實玩家頭像和NPC頭像，於游戲開始前動態生成。

參考：http://blog.csdn.NET/u012091672/article/details/35297949

 

⑧設置UILabel屬性

屬性	描述
text	內容。
font	字體，包括bitmapFont和trueTypeFont。
material	字體所用Material。
fontSize	字號
fontStyle	字體樣式：斜體和加粗。
其他基礎屬性	同上

問題描述：UILabel繼承於UIWidget，除UIWidget屬性外，UILabel自身屬性字段很多，其中text和font需重點關注。

（1）text：賦值會帶來一系列字符串操作，相對較耗時。此外需特別留意的是，text賦值還會觸發Font.CacheFontForText，此方法在真機的實際占用資源比編輯器多很多，實踐中應以真機Profiler為准。以下分別是編輯器（0.06ms/0.21ms）和真機（2.12ms/2.39ms）的消耗對比。不管數字、英文或是漢字，現象都一樣。

處理方案：為避免實時觸發Font.CacheFontForText，可在游戲開始時把可能出現的字符全部賦值一次給UILabel.text，也即避免提前觸發Font.CacheFontForText。這里提前賦值的字符Cache最小單位是單個字符。比如表示奔跑距離的UILabel：

即可Cache全部阿拉伯數字加“米”字的展示需求。

（2）font：變更會直接把UILabel從UIPanel的UIWidget列表中移除，再添加一個新的。此操作會帶來FillAllDrawCall。實踐中鮮見動態修改UILabel.font。若確實需要動態切換UILabel.font，可采用切換兩個UILabel來代替，而這兩個UILabel分別應用了兩個不同font。

 

⑨重復賦值多個關聯UIWIdget組件

問題描述：舉一個例子。

游戲單局內的任務進度條先前實現是使用兩個UIProgressBar，分別更新圖形進度條（紅色框內容）和數字進度欄（藍色框內容）。當任務進度刷新時，兩個UIProgressBar.value會同步刷新。

處理方案：經分析，此處相關聯的多個UIWidget可合並賦值。數字進度欄（藍色框內容，更新數字和位置）加上亮光頭部（更新位置）算到整個Thumb，這樣UIProgressBar.value就只需要更新一次（紅色框內容更新時會同步更新藍色框內容）。

 

⑩圖標位置重排

問題描述：舉一個例子。

游戲單局內的Buff列表先前實現是使用一個UIGrid，當數量變更時重排UIGrid。當Item數量減少，需gameObject.SetActive(false)或transform.parent=null，才可以讓UIGrid正確重排。這使得UIGrid.Reposition相對耗時。

處理方案：以其他等價方式代替。由於是固定的0~3個圖標Item，所以按情況設置這4種情況的每組Item坐標即可。不顯示的設置Position移到屏幕外。此方法可避免UIGrid.Reposition。

 

⑪同一幀邏輯繁重

問題描述：看具體例子。

現象（1），游戲單局內UI界面某些數據變化不頻繁，無需每幀實時刷新。為了節省CPU資源，按經驗值可以每6幀處理一次。代碼片段如下：

游戲單局內Profiler曲線大致如下，可以看到明顯有節奏鋸齒：

現象（1）處理方案，將耗時邏輯分散到這6幀處理，每幀處理不同邏輯。也即分散了CPU壓力。代碼片段如下：

調整后Profiler曲線大致如下，看到鋸齒有所緩解。由於拆分后每一幀的邏輯復雜程度不一樣，所以曲線平滑程度有限，仍有改善空間。

 

現象（2），當游戲單局內觸發某類事件，會立即在UI界面上表現。比如撿到一個道具，UI界面立即顯示一個圖標。代碼片段如下：

從Profiler看到是同一幀處理了多個耗時邏輯。

現象（2）處理方案：延遲處理。

將UI表現邏輯延后一幀再處理，分散CPU壓力。代碼片段如下：

調整后Profiler曲線大致如下（下圖分別是兩幀數據），相對修改前能稍微緩和曲線峰值。

 

⑫ParticleSystem粒子特效與Animation動畫

問題描述：游戲中為達到酷炫效果，往往會應用ParticleSystem粒子特效與Animation動畫，然而此舉較耗CPU資源。當游戲單局內場景幀率要求較高時，較多或較復雜的粒子特效和動畫會降低幀率，反而影響游戲體驗。

處理方案：有以下思路，需取折衷方案。

（1）調整顯示策略。例如：根據高端機、中端機、低端機（根據CPU、運行內存、屏幕分辨率等參數計算的綜合性能評分）來決定是否啟動特效和動畫。

（2）以其他等效方式代替。例如：一個圖標漸顯漸隱同時放大縮小的效果，可采用組合TweenAlpha+TweenScale動畫來代替Animation動畫。

 

⑬其他

除前文提到Unity自帶強大Profiler（官方手冊），實踐中還有很多調試工具和方法。比如：

（1）強制暫停Unity編輯器。

（2）關鍵節點代碼采用return、continue等中斷正常流程，以排除法逐漸逼近目標。尤其適用於Profiler展開失敗的情況。

（3）構建Development Build調試版本，連接真機Profiler：

http://blog.csdn.Net/u014076894/article/details/38050957