Unity渲染優化中文翻譯（一）——定位渲染問題

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　  最近有一點我的的時間，嘗試一下本身翻譯一下英文的 Optimizing graphics rendering in Unity Games，

這兒附上英文連接：

　 我的英文水平有限，unity圖像學知識也是入門，但願經過此次翻譯能增進本身的圖形學知識，如有錯誤，歡迎各位大神指點，讓我也學習進步，謝謝。

1、介紹

    本文主要學習在Unity進行一幀的渲染的時候，觀察到的場景背後的運行原理，在渲染的時候會有什麼樣性能問題發生以及如何解決這些渲染相關的問題。

　 在開始閱讀這篇文章以前，首先須要知道對於渲染問題是沒有萬能的解決之法的。渲染的結果受到遊戲中衆多因素的影響，同時也極其依賴於遊戲所運行的硬件條件和操做系統。最重要的一點，是要記住咱們須要經過分析，實驗和測試，嚴密的分析測試結果來解決渲染性能問題。

　本文主要分析常見的渲染問題並提供相應問題的解決辦法及其連接，並不能徹底歸納渲染的問題，因此本文主要旨在提供解決的思路並提供一些較爲有效的查找辦法的途徑。

2、渲染的簡單介紹

    在開始本文以前，讓咱們快速的回顧一下在Unity的一幀渲染中發生的事情。理解下面的一些概念和關係對於解決渲染性能問題有較大的幫助。

注意：在全文中咱們會使用"object"來表明遊戲中須要被渲染的物體，任何帶有渲染組件的物體均可以被稱爲object。

　從最基本的角度看，渲染過程的組件能夠分爲：

　   1）CPU，主要計算出須要被渲染的對象和渲染的方式；

   　2）GPU，CPU將渲染指令發送給GPU

   　3）GPU根據CPU的渲染指令進行渲染工做

　本文接下來會詳細介紹這幾步流程，如今只須要熟悉這幾個關鍵詞彙並理解其在渲染過程當中所扮演的角色。

　渲染管道經常被這生動的用來描述渲染的過程，高效的渲染過程就是保持信息的流動。CPU在每幀的渲染過程當中的工做主要包括：

　　1）CPU檢查場景中的object是否須要被渲染。一個object只有知足必定的條件才能夠被渲染，例如它的部分模型處於相機的視角範圍內 View frustrum。被剔除的object是不會被渲染的，更多關於相機視角和視角剔除的信息能夠點擊這裏

　　2）CPU收集須要被渲染的object並將其排序爲渲染指令(Draw calls)。一個DC主要包含一個網格的數據和其渲染方式，例如其中哪一個貼圖須要被使用。在一般狀況下，使用相同的DC的objects會被合併，這種合併不一樣渲染objects的操做就是批處理(batching)。

　　3）CPU對每一個DC中的數據進行批處理打包，有時打包的結果有時更多的包含的是數據而不是DC，可是這對渲染影響不大，因此本文並不考慮這些狀況。

　　對於每一個包含DC的打包指令，CPU必須進行如下處理:

　　1） CPU發送一個指令改變當前的渲染狀態(render state)。這個指令叫作 SetPass call，主要用來告訴GPU下一個被渲染的網格的渲染設置，該指令也只有在下一個渲染網格的渲染設置和當前的設置不一樣的時候會被髮送。

　　2）CPU發送DC給GPU，DC指令主要操做GPU採用最近的SetPass Call 設置來對特定的網格進行渲染。

.在一些狀況下，在一個batch中會有多個pass(shader中的一部分代碼)，若是一個pass中要求新的渲染狀態(render state)，那麼CPU就會發送一個新的SetPass指令給GPU，而後從新發送DC指令。

　　與此同時，GPU須要進行以下操做：

　　1）GPU根據指令的順序處理渲染任務。

　　2）若是當前的任務是SetPass Call，那麼更新當前的渲染狀態。

　　3）若是當前任務爲DC,GPU就渲染網格。 根據shader代碼中的不一樣步驟進行渲染。該部分的渲染較爲複雜，在此並不作深刻闡述，可是瞭解shader中的 vertex shader有利於瞭解GPU是如何處理網格中的頂點數據，瞭解shader中的 fragment shader有利於瞭解GPU是如何繪製每一個單獨的像素點。

　　4）這個過程會重複的進行直到CPU中發送過來的渲染指令都被處理完。　　

　　在瞭解了Unity在進行一幀的渲染中的操做後，如今咱們考慮在渲染中的一些問題。

　　一、渲染問題的分類

　　對於渲染，有一個關鍵點是：CPU和GPU必須在渲染的一幀中完成各類的任務，若是任何一個花費較長時間來完成，則會形成一幀的渲染延遲。

　　渲染的問題主要有兩個基本的因素。第一因素是低效的渲染管道，若是在渲染管道過程當中某個或者多個步驟消耗較長時間就會形成渲染管道的低效，從而中斷數據流，這也被稱爲渲染瓶頸。第二個因素是渲染管道中數據過多，即便是最高效的渲染管道在每幀的渲染處理中也有數據量大小的限制。

　　若是渲染問題來自於CPU在計算渲染任務時耗時過長，則將其稱爲 CPU bound, 若是渲染問題來自於GPU渲染耗時過長，則將其稱爲 GPU bound。

　　二、瞭解定位渲染問題

　　在咱們進行任何渲染改進以前，能夠利用分析工具來了解定位形成渲染問題的緣由。不一樣的問題有不一樣的解決辦法，同時咱們須要測量咱們的改進結果。解決渲染性能問題是一個平衡的操做，提高一方面的性能會對另外一方面的性能形成相反的效果。

　　咱們將利用兩種unity中的工具來定位渲染性能問題：Profiler window 和 Frame Debugger.

　　The Profiler window

　　利用profiler window 咱們能夠查看到遊戲運行時各個方面的實時數據，包括內存使用，渲染管道和腳本的性能。若是你對profiler window還不是很熟悉，能夠點擊此處this page of the Unity Manual，使用文檔：文檔

　　The Frame Debugger

　　利用Frame Debugger能夠了解每幀的渲染操做及其詳細的渲染信息，好比每一個DC中渲染的是什麼，每一個DC的shader屬性，GPU接收到的渲染指令順序等。利用渲染信息能夠幫助咱們瞭解到遊戲中的渲染狀況從而提高遊戲的性能。

　　若是你對Frame Debugger不是很瞭解，能夠點擊此處：this page of the Unity Manual ，視頻展現點擊此處：視頻展現

　　查找形成渲染性能問題的緣由

 　　在咱們嘗試改進渲染問題的時候，咱們必須肯定遊戲運行較慢的緣由是由渲染問題形成，若是遊戲運行較慢來自於遊戲腳本運行復雜則優化渲染無濟於事，能夠經過此處來肯定是否因爲渲染形成遊戲運行較慢：點擊此處

 　　一旦咱們肯定遊戲運行較慢來自於渲染，則須要肯定是因爲CPU仍是GPU，不一樣的問題有不一樣的解決辦法，因此在解決問題前定位問題很是重要，若是你不肯定渲染問題來自於CPU仍是GPU，能夠點擊：點擊此處

 　　在定位渲染問題來自於CPU仍是GPU後，下面詳細介紹各自的解決辦法，參看下一篇文章。