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使用 Unity 优化 Android XR 的性能

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Luke Hopkins 开发者关系工程师，Android

Samsung Galaxy XR 现已推出，由 Android XR 提供支持！这篇博文是我们 Android XR Spotlight Week的一部分，我们在此期间提供各种资源（博文、视频、示例代码等），旨在帮助您学习、构建应用并为 Android XR 做好准备。  

本周，Samsung 推出了与 Google 和 Qualcomm 合作打造的 Galaxy XR。对于开发者来说，这是一个激动人心的时刻，我们希望帮助您充分发挥 XR 应用的性能。

虽然在非 XR 设备上，游戏和应用的性能不佳可能会让用户感到沮丧，但在 XR 世界中，性能不仅是可选的，而且是应用成功的根本。如果您在 XR 中未能达到目标帧速率，可能会导致更严重的问题，例如晕动症。

在本指南中，我们将向您介绍 Android XR 开发需要了解的基本性能优化。您将了解哪些功能可以带来最大的性能提升、何时使用这些功能，以及这些功能如何协同工作来帮助您达到目标帧速率。

我们的目标如下：

  • 最低要求： 72fps（这是我们游戏质量指南的一部分）
  • 可选： 90fps，每帧预算为 11 毫秒

如需详细了解为什么保持如此高的帧速率非常重要，请查看我们的性能指南。   

特定于 XR 的性能功能

首先，我们将介绍两个特定于 XR 的性能功能：注视点渲染和 Vulkan 子采样。

注视点渲染

注视点渲染是一种优化，具有两种模式。第一种是静态模式 ，它以较高的分辨率渲染屏幕中心，并随着视线向外移动逐渐降低分辨率。

第二种是眼动追踪模式 ，它专门以完整细节渲染您注视的区域，同时降低外围区域的显示质量。它本质上模仿了人类视觉的工作方式，即我们只在注视的特定区域看到精细细节。

注视点渲染可以显著减少 GPU 工作负载，而不会牺牲用户感知到的图像质量。注视点渲染的优点在于，用户不会注意到外围视觉中的质量降低，但 GPU 肯定会注意到性能的提升。

假设您正在构建一个博物馆体验，其中包含复杂的 3D 制品。如果没有注视点渲染，您将难以保持 90fps，因为您需要尝试渲染“视野范围”中的所有内容。借助注视点渲染，您可以保留用户注视的高多边形细节，但背景环境以较低的质量渲染。您的用户不会注意到差异，但您将有足够的空间为场景添加更多细节。

Vulkan 子采样

Vulkan 子采样是注视点渲染的最佳搭档。注视点渲染决定以不同的质量级别渲染哪些内容，而 Vulkan 子采样则使用片段密度图处理如何高效渲染不同的质量级别 。

与注视点渲染结合使用时，Vulkan 子采样可额外提供 0.5 毫秒的性能。它还有助于平滑外围视觉中的锯齿状边缘，使整体图像看起来更清晰。

例如，在飞行模拟器游戏中，用户专注于仪表和控件，将注视点渲染与 Vulkan 子采样相结合意味着详细的控件会清晰地渲染，但外围驾驶舱结构使用的资源较少。额外的 0.5 毫秒听起来不多，但它决定了您是否有空间添加额外的互动元素，或者在紧张时刻是否会丢帧。

适用于复杂场景的 GPU 功能

除了注视点渲染和 Vulkan 下采样之外，还有一些 GPU 功能可以通过智能实例化和剔除来减少不必要的压力。这些功能对于具有重复几何图形或显著遮挡的复杂场景尤其有效。

GPU 常驻绘制器

GPU 常驻绘制器会自动使用 GPU 实例化来减少绘制调用并释放 CPU 处理时间。因此，GPU 会将相似的对象批量处理，而不是由 CPU 单独告知 GPU 每个对象。

此功能对于具有重复网格的大型场景最有效，例如森林中的树木、办公楼中的家具或散布在环境中的道具。

想象一下，一个森林场景中有 200 棵树，它们使用相同的基本网格。如果没有 GPU 常驻绘制器，您将有 200 个绘制调用占用 GPU，从而释放 CPU。启用此功能后，GPU 将智能地实例化这些树，这应将其减少到仅 5-10 个绘制调用。这样可以节省大量 GPU 资源，您可以将其用于游戏逻辑或物理计算。

GPU 遮挡剔除

GPU 遮挡剔除 使用 GPU 而不是 CPU 来识别并跳过渲染隐藏的对象。它会自动检测其他对象后面遮挡（隐藏）的内容，因此您不会将 GPU 浪费在用户看不到的内容上。

此功能在具有多个房间的室内空间、密集的环境或墙壁、地板和物体自然遮挡视线的建筑场景中尤其强大。

例如，假设您正在构建一个多房间住宅体验。当用户在客厅时，为什么还要浪费 GPU 周期来渲染完全隐藏在墙壁后面的详细厨房？GPU 遮挡剔除会自动跳过渲染这些隐藏的对象，从而为您实际可见的内容提供更多性能预算。

监控性能

仅仅使用这些功能是不够的。您还需要衡量优化效果，以便量化其影响并验证您的更改是否确实有效。

Metrics API

性能指标 API 提供对应用内存用量、CPU 性能和 GPU 性能的实时监控。它提供来自合成器和运行时层的全面数据，因此您可以准确了解应用中发生的情况。

在进行更改之前建立基准，应用优化，衡量影响，然后迭代。这种数据驱动的方法意味着您知道自己确实在提高性能，而不是猜测。

在启用注视点渲染之前，您的 GPU 帧时间可能为 13 毫秒，这超出了 11 毫秒的预算。启用注视点渲染，再次测量，希望您看到它降至 9 毫秒。这样，您就获得了 4 毫秒的额外空间，可以为场景添加更多细节、在其他地方提高视觉质量，或者只是确保在更广泛的内容范围内获得更流畅的性能。

如果没有这些指标，您就是在盲目优化。性能指标 API 会告诉您哪些内容实际上对您的特定用例有帮助。

帧调试器

帧调试器是 Unity 的内置工具，用于准确了解场景的渲染方式（逐帧）。它会显示绘制调用的顺序，并允许您逐步执行这些调用，以验证优化是否正常运行。

想要确认 SRP 批处理程序是否正常运行？在帧调试器中查找“RenderLoopNewBatcher”条目。检查 GPU 常驻绘制器是否正确批处理？查找“混合批处理组”条目。这些视觉确认有助于您了解优化设置是否确实生效。

逐步执行场景的前 50 个绘制调用。如果您看到相似的对象是单独绘制而不是批量绘制的，则说明您的实例化或批处理功能未正常运行。帧调试器会立即显示这些问题，以便您解决它们。

其他优化

除了上述优化之外，我们的完整性能指南还介绍了其他一些优化。以下是简要总结：

  • URP 设置： 为移动 XR 停用 HDR 和后期处理。与在移动硬件上的性能成本相比，这些功能提供的视觉效果影响极小，因此您将获得可衡量的性能提升，而视觉差异几乎难以察觉。
  • SRP 批处理程序： 减少使用相同着色器变体的许多材质的场景的 CPU 开销。通过最大限度地减少绘制调用之间的渲染状态更改，您可以显著减少用于渲染的 CPU 时间。
  • 显示屏刷新率： 根据场景复杂性在 72fps 和 90fps 之间动态调整。在复杂的序列期间降低帧速率以保持稳定性，然后在更简单的时刻提高帧速率以实现超流畅的互动。
  • 深度/不透明纹理： 除非着色器效果有特定需求，否则请停用这些纹理。它们会导致不必要的 GPU 复制操作，从而浪费性能，而不会为大多数应用带来好处。
  • URP 渲染缩放： 此设置允许您以较低的分辨率进行渲染以提高性能，或以较高的分辨率进行渲染以增强视觉质量。

如需了解有关这些优化及更多优化的分步说明，请查看我们的完整 Unity 性能指南（适用于 Android XR）。

总结

XR 应用的性能不仅仅是一个技术复选框。它决定了用户体验是舒适、引人入胜，还是让用户感到不适或不舒服。我们介绍的优化是您在最新的 XR 设备上达到关键帧速率目标的工具包。

以下是您的路线图：

  1. 首先使用注视点渲染和 Vulkan 子采样。这些特定于 XR 的功能可立即显著节省 GPU 资源。
  2. 如果您有具有重复几何图形或室内空间的复杂场景，请添加 GPU 常驻绘制器和遮挡剔除。
  3. 使用性能指标 API 监控所有内容，确保您的更改确实有帮助
  4. 探索其他 URP 优化，以获得额外的性能空间

持续衡量和迭代至关重要。并非每项优化都能为每个项目带来同等的好处，因此请使用 Metrics API 清楚了解哪些内容实际上对您的特定用例有帮助。

后续步骤：扩展技能

准备好深入探索了吗？您可以访问以下资源：

  • Unity 性能指南（适用于 Android XR） - 针对此处介绍的所有功能提供完整的分步实现说明，请参阅此处。
  • Unity 和 Android XR 使用入门 - 设置开发环境并 开始构建。
  • Android XR 开发者文档 - 针对所有 Android XR 功能 的全面指南
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