[Python知识库] Unity 性能优化：资源篇

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[Python知识库]Unity 性能优化：资源篇

Unity性能优化

大的方面来说，通过Unity对于项目的性能优化大概可以分为下面几个部分：

资源
渲染
程序
项目配置

而在这个部分中，资源的性能优化属于最基础、最有效的优化手段，也是游戏开发者日常开发最需要注意的一部分，所以本篇文章就简单的介绍一下对资源进行操作时需要关注哪些点

一、纹理（简单来说就是图片）

纹理的资源优化主要集中于下面的几点：

纹理大小
压缩格式
导入设置

通常，在游戏运行时，大部分内存都是用在了纹理上，因此你的导入设置非常关键，我们可以在Inspector面板看到图片资源的信息，类似于下面这张图：
请添加图片描述

从性能优化的角度看，纹理导入需要遵循如下的原则：

降低最大分辨率
采用二次幂压缩格式：
制作纹理图集
取消勾选Read/Write Enabled
禁用多余的Mip Map：Mip Map贴图在2D精灵和UI图形这类大小始终一直的纹理上并无用处

1、降低最大分辨率

很好理解，纹理分辨率越大，在游戏运行时，占用的内存资源越大，并且占用的内存量是与其分辨率的平方成正比的。也就是说，分辨率变为原来的二倍，那么内存量就需要消耗四倍。因此需要从资源优化的角度来讲，需要对其进行一定的限制，简单的来说，一个Button的纹理通常低于128X128，如果使用1024X024规格的大小就造成了性能的浪费

如下面的图，我们可以在图片资源的Inspector面板中最下面的属性中看到它：Max Size，同时可以看到可以根据不同平台来选择不同的最大分辨率：

第一张图片：Max Size调整为1024，纹理资源大小为4.9MB
请添加图片描述

第二张图片：Max Size调整为512，图片资源大小为1.3MB
请添加图片描述

2、对于纹理的压缩

在你主动选择压缩格式之前，Unity本身会对图片做一些处理，无论你放入的是PNG、JPG、PSD或者TGA，Unity都会手动帮助我们调整为Texture 2D，这是一种简单的调度策略：
在这里插入图片描述

那么既然Unity本身都已经智能转换好了，为什么还要给予开发者选择压缩格式的选择呢，直接对Texture 2D封装好压缩方法不就可以了吗？

其实Unity相对于其他开发引擎有一个很明显的优势，就是多适配性，那么为了实现这种多适配性，对于单一平台的针对性就会相对减弱，而不同平台的性能表现又不尽相同，就需要开发者来根据平台特点来选择针对游戏平台的压缩格式。

同样，即使在同一平台，也会根据不同的情况有着不同的压缩需求，比如有一些关键的主页面图片，玩家感知强的地方，就对图片的质量要求高些，一些边角的辅助图片，可能要求就低一些，如果都使用高质量压缩，性能方面就造成了浪费，但若都是用低质量压缩，质量又跟不上。所以，同样需要根据实际需求选择不同的压缩格式。

在说到Unity图片压缩时，经常会看到这样一张图，来介绍不同压缩格式的特点与适用场景，我也是百度图片直接爬取的这张图片，大家可以参考着来看（如果有侵权，请告知我，我会立刻删除）

在这里插入图片描述

在理解上面这张图之前做一个简单的计算，一张1024乘1024的RGBA32格式图片的占用存储空间为：

由于RGBA32一个像素每一个颜色值是由两个16进制的数组成，也就是8位，那个一个像素就是8位乘以4个颜色值R、G、B、A得到的是4个字节，即4B，然后乘上1024*1024个像素，最终得到的大小为4MB，也就是4兆。很明显这是很恐怖的一个数字，要知道现在移动端手机的运行内存大概6G，除去系统的占用内存，真正给游戏用的最多也就4G`，再分配给GPU|的显存就更少了，而若这些内存被用来大量加载贴图很明显是不能被接受的。同时，这样数据量的图片加载也会给内存

基于上面原生纹理带来的包体与内存问题，就需要根据不同的情况采取一些压缩策略，由于本人基本没有美术功底，所以对与各种压缩格式的美术呈现效果不是很了解，主要是从功能性与性能的角度来分析各种压缩格式的适用场景：

高品质压缩格式：RGBA32作为一种高保真的压缩格式，能够极大的保证图片质量
中品质压缩格式：RGBA16 + Dithering一听就是RGBA32的阉割版，简单来说，相比于RGBA32其色彩细分程度大，可以明显的看出阶梯感，视觉表现相对于RGB32不够平滑
低品质压缩格式： ETC1+Alpha/PVRTC4这些压缩格式往往是移动段最常用的压缩格式，其相对于其他压缩格式有着无可比拟的性能优势

注意：

除了由于压缩逻辑不同带来的加载带宽减少之外，同时还需要了解像ETC1、PVRTC4等这类在内存中不需要进行解压，而是可以直接被GPU支持，所以相比其他压缩格式通常会有最好的性能表现

3、取消勾选Read/Write Enabled

该功能是为了使得游戏开发者可以通过C#脚本调用对与图片的读取与写入的控制，很明显，这是由CPU来控制实现的，所以为了可以使得CPU获取数据，需要在内存中备份一份让CPU访问。同时为了图形渲染与显示，又会将其加载到显存中为GPU提供数据。

简单来说，该选项会在游戏运行时，分别在CPU内存与GPU内存中备份出一张贴图，如果你并不需要对于纹理进行读写操作，可以尝试关闭该选项，这样就可以避免游戏运行时占用多余的内存

4、禁用多余的Mip Map

Mip Map类似于模型的LOD，同样是一种基于渲染距离改变渲染贴图精度的技术。其优势是在物体距离渲染距离比较远时，可以节省性能。但是使用Mip Map时会增大内存占用量。

Mip map的技术原理是根据原始图进行2的幂次方的递减来生成一组不同精度的图片。当游戏运行时，会将这组图片加载到内存中，然后根据渲染的距离不同，来使用不同精度的图片。

Mip map会增大多大的内存占用量呢

在我们使用Mip map时，假设大小为256X256，并且会生成8张不同精度的图片。根据2的幂次方进行递减计算每张贴图大小并累加。这样最终得到的图片组的体积大概比原来的单张贴图大33%

通过一个实例来验证，假设原始图片大小为8M，生成的第一张低精度图片的大小为2M(分辨率减少一半，大小就会变为原来的四分之一，很好理解）这样大概递减8次，然后累加，就会获取最终的图片组大小，通过一个简单的递归方法来计算一下：

    public void Awake()
    {
        Debug.Log(GetMipmapSize(8, 8)/8);
    }
    // index:处理总层级数 imageSize：初始大小 返回增大的内存量
    float GetMipmapSize(int index,float imageSize)
    {
        float lastSize = 0;
        if (index == 1)
        {
            lastSize = imageSize*0.25f;
        }
        if (index > 1)
        {
            lastSize = imageSize * 0.25f + GetMipmapSize(index - 1, imageSize * 0.25f);
        }
        return lastSize;

    }

执行程序，得到的结果为：
在这里插入图片描述
可以看到，求到的结果是接近于33%，当然如果Mip Map对一张纹理的处理不是八次，计算的结果会有偏差但是实际上，从三次往上，内存占用量的增加比例已经非常少了，基本都维持在33%左右，将上面的代码稍微修改，做个小验证：

 	public void Awake()
    {
        for (int i = 3; i < 15; i++)
        {
            Debug.Log(string.Format("处理 {0} 次内存占用量为: {1}",i,GetMipmapSize(i, 8) / 8));
        }        
    }
    float GetMipmapSize(int index,float imageSize)
    {
        float lastSize = 0;
        if (index == 1)
        {
            lastSize = imageSize*0.25f;
        }
        if (index > 1)
        {
            lastSize = imageSize * 0.25f + GetMipmapSize(index - 1, imageSize * 0.25f);
        }
        return lastSize;
    }

得到的日志为：
在这里插入图片描述
可以发现，从三层开始，基本就维持在33%的内存占用量，并且在层数逐渐增大的时候，内存占用量增加量就非常非常少了。

而Unity所支持的纹理最小为32X32,也就是最小的纹理也会额外的产生三层低精度纹理：16X16、4X4、1X1，这就是为什么很多文章介绍到使用Map mip会说其大约会增加33%的内存占用量

虽然Mip map本身是一种性能优化的技术，但是在2D精灵或者UI元素这些不会改变渲染精度的纹理上，只会占用多余的内存，所以在2D精灵或者UI元素上使用纹理时记得不要勾选Mip map。

5、打包图集

图集的打包主要是优化UI图形渲染过程中Draw call的数量，其基本原理也是通过UI元素合批来减少Draw Call，进入提升CPU的性能表现，关于其具体细节，可以查看我之前的文章：

图集打包文章：

Unity 将Sprite打包进图集

二、模型

相比与纹理，模型的性能表现更多的取决于美术规范，程序来讲没有更多可以优化的地方，但是在Unity中也有一些选项影响模型加载、渲染等方面的性能表现，我们可以在导入时看到：
在这里插入图片描述
1、禁用掉Reader/Write Enables:

点击模型，可以在Inspector面板看到这些设置选项，类似于纹理，如果在游戏中，你不需要对模型进行修改，可以禁用掉Reader/Write Enables来避免数据的备份而占用多余的内存，我们可以在Unity官方文档中找到相关介绍：
在这里插入图片描述
翻译过来就是：

启用此选项后，Unity 会将 Mesh数据上传到 GPU可寻址内存，但也会将其保存在 CPU 可寻址内存中。这意味着Unity可以在运行时访问 Mesh数据，可以从脚本中访问它。
而禁用此选项后，Unity 会将 Mesh 数据上传到 GPU可寻址内存，然后将其从 CPU 可寻址内存中删除
默认情况下，此选项处于禁用状态。在大多数情况下，要节省运行时内存使用量，请禁用此选项

而对于模型本身来说，尽量避免模型留有多余的面数。尤其是移动端。因为高精度模型除了本身所带来的压力外，在其他方面也有诸多的性能挑战

2、尽量不要勾选不需要的功能选项

在Unity中，某些功能即使你未使用到，也会消耗一定的资源去维护其状态。类似上面的Reader/Write Enables选项,所以用不到的功能我们可以考虑尽量的去禁用掉

3、设置一些关于质量与性能的选项

Unity提供了一些对模型进行优化的选项，可以查阅Unity官方文档来阅读了解他们，这里也简要的列出：
在这里插入图片描述
通过上面一张图片可以看出，影响模型表现与游戏性能的选项有下面几个：

Mesh Compression：通过使用网格边界和每个组件较低的位深度来压缩网格数据，增加压缩率会降低网格的精度。最好在 Mesh 看起来与未压缩版本没有太大区别的情况下将其调得尽可能高。这对于优化游戏大小很有用
Optimize Mesh：确定三角形在网格中列出的顺序以获得更好的 GPU 性能，默认都会勾选
Normals:如果网格模型既不是法线贴图也不受实时光照影响，就选用None,这样也能够很好的提升性能表现

其实，Unity设置了一些通过程序控制模型质量来改变性能表现的选项，但是不建议使用，预期通过这些选项来调整性能表现，还不如直接让美术直接处理模型。毕竟他们更加专业，可以更好的保证模型的表现效果与性能表现的平衡。

4、使用LOD

关于LOD，其实应该在渲染这一段来讲，但是这个技术又与模型网格有很大的关系，所以提前介绍一下

LOD即Levels of Detail，翻译过来就是多层次细节，类似与纹理渲染的Mip map技术，同样是一种根据渲染距离设置渲染精度的一种技术。其实现方式是在游戏开发时，美术根据不同的渲染距离制作一组不同精度的模型，导入到Unity通过LOD组件连接其这一组模型，并设置相关参数。这样在游戏运行时，就会在不同的距离有不同的渲染精度：
在这里插入图片描述

这是Unity官方文档的一个案例，可以看出，随着渲染距离的增加，渲染精度逐渐下降，直到最终被剔除，这样做的优势是保证游戏画面表现的同时，可以最大程度降低渲染压力。简单的理解，如果不采用LOD，随着距离增加，物体占用的屏幕像素就会越少，那么单位像素的三角面数就会越多。单位的渲染压力就会增大。画面表现需求不高的地方渲染压力反而更高，这显然是不合理的。所以就需要通过LOD来解决这样的问题。

当然这种技术本身也是有相当大的缺陷的，首先就是会增大包体的体积，同时也会增加美术的工作量。所以在实际开放中，一般只会对一些重要的对象使用该技术