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使用 Unity 优化 Android XR 的性能

阅读用时：6 分钟
Luke Hopkins
开发者关系工程师，Android

Samsung Galaxy XR 隆重登场，由 Android XR 提供支持！这篇博文是我们 Android XR Spotlight Week 的一部分，在此期间，我们将提供各种资源（博文、视频、示例代码等），帮助您学习、构建和准备适用于 Android XR 的应用。  

本周，三星推出了 Galaxy XR，这款设备是与 Google 和高通合作打造的。对于开发者来说，这是一个激动人心的时代，我们希望帮助您尽可能提升 XR 应用的性能。

虽然非 XR 设备上的游戏和应用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，更是应用成功的根本。如果您在 XR 中未达到帧速率目标值，可能会导致更严重的问题，例如晕动症。

在本指南中，我们将介绍 Android XR 开发中需要了解的基本性能优化。您将了解哪些功能可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实现帧速率目标。

我们的目标是：

  • 最低： 72fps（属于我们的游戏质量指南）
  • 可选： 90fps，每帧的预算为 11 毫秒

如需详细了解为何保持如此高的帧速率非常重要，请参阅我们的性能指南。   

特定于 XR 的性能功能

我们将首先介绍两项特定于 XR 的性能功能：注视点渲染和 Vulkan 子采样。

注视点渲染

凹凸透镜渲染是一种具有两种模式的优化技术。第一种是静态模式，它以较高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，该模式会以全细节渲染您正在注视的区域，同时降低外围区域的显示质量。它本质上是模仿人类视觉的运作方式，即我们只能看到我们聚焦的特定区域中的精细细节。

凹凸透镜渲染可显著减少 GPU 工作负载，同时不会牺牲用户感知到的图像质量。凹凸透镜渲染的妙处在于，用户不会注意到周边视觉中质量的降低，但 GPU 肯定会注意到性能的提升。

假设您正在打造一个展示精美 3D 文物的博物馆体验。如果不使用注视点渲染，您将难以维持 90fps 的帧速率，因为需要渲染视野范围中的所有内容。使用注视点渲染后，您可以在用户注视的位置保留高多边形细节，但背景环境会以较低的质量进行渲染。用户不会注意到这种差异，但您将有足够的空间为场景添加更多细节。

Vulkan 子采样

Vulkan 子采样是凹凸透镜渲染的最佳帮手。虽然凹凸透镜渲染技术可确定以不同质量级别渲染哪些内容，但 Vulkan 子采样技术可使用碎片密度图来处理如何高效渲染不同质量级别的内容。

与凹凸透镜渲染相结合时，Vulkan 子采样可为您提供额外的 0.5 毫秒性能。它还有助于平滑周边视觉中的锯齿状边缘，使整体画面看起来更清晰。

例如，在用户专注于仪表和控制器的飞行模拟器游戏中，将凹凸贴图渲染与 Vulkan 子采样相结合意味着详细的控制器会清晰地渲染，但外围驾驶舱结构会使用更少的资源。多出的 0.5 毫秒看起来不多，但却决定了您能否添加额外的互动元素，或者在激烈时刻是否会丢帧。

复杂场景的 GPU 特性

除了凹凸透镜渲染和 Vulkan 子采样之外，还有一些 GPU 功能可通过智能实例化和剔除来减少不必要的压力。这些方法对于具有重复几何体或严重遮挡的复杂场景尤其有效。

GPU 常驻绘制器

GPU Resident Drawer 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 不会单独接收 CPU 发送的每个对象，而是将类似的对象批量处理。

此功能对于具有重复网格的大型场景（例如森林中的树木、办公楼中的家具或散布在整个环境中的道具）最为有效。

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 Resident Drawer，您将有 200 个绘制调用占用 GPU，从而释放 CPU。启用此功能后，GPU 会智能地实例化这些树，从而将绘制调用次数减少到 5-10 次。这样一来，您就可以节省大量 GPU 资源，然后将这些资源投入到游戏逻辑或物理计算中。

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对象。它会自动检测隐藏在其他对象后面的遮挡内容，因此您不会将 GPU 浪费在用户看不到的内容上。

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

举例来说，假设您要打造多房间住宅体验。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后的厨房的完整细节？GPU 遮挡剔除会自动跳过对这些隐藏对象的渲染，从而为实际可见的对象提供更多性能预算。

监控效果

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。

Performance Metrics API

性能指标 API 可实时监控应用的内存用量、CPU 性能和 GPU 性能。它可提供来自合成器和运行时层的全面数据，让您准确了解应用中发生的情况。

在进行更改之前，先确定基准，然后应用优化措施、衡量效果并进行迭代。这种数据驱动的方法意味着，您知道自己确实在提升效果，而不是在猜测。

在启用凹凸透镜渲染之前，GPU 帧时间可能为 13 毫秒，超过了 11 毫秒的预算。启用凹凸透镜渲染，再次测量，希望您会看到它降至 9 毫秒。这样一来，您就获得了 4 毫秒的余量，可以为场景添加更多细节、提升其他方面的视觉质量，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，您就无法进行有效的优化。Performance Metrics API 可让您真实了解哪些因素实际上有助于实现您的特定使用情形。

Frame Debugger

帧调试器是 Unity 的内置工具，可帮助您逐帧了解场景的渲染方式。它会显示绘制调用的序列，并允许您逐步执行这些调用，以验证优化是否正常运行。

想确认 SRP Batcher 是否正常运行？在帧调试器中查找“RenderLoopNewBatcher”条目。检查 GPU Resident Drawer 是否正确进行批处理？查找“混合批次组”条目。这些直观的确认信息有助于您了解优化设置是否实际生效。

逐步执行场景的前 50 个绘制调用。如果您看到类似的对象是单独绘制的，而不是批量绘制的，则表明您的实例化或批处理功能无法正常运行。帧调试器可让您立即发现这些问题，以便及时解决。

其他优化

除了上述优化措施之外，我们的完整效果指南还介绍了其他一些优化措施。下面是简要总结：

  • URP 设置：针对移动 XR 停用 HDR 和后期处理。与它们在移动硬件上的性能成本相比，这些功能带来的视觉影响微乎其微，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 Batcher：可减少使用相同着色器变体的许多材质场景的 CPU 开销。通过最大限度地减少绘制调用之间的渲染状态变化，您可以大幅减少 CPU 在渲染上花费的时间。
  • 显示刷新率：根据场景复杂程度在 72fps 和 90fps 之间动态调整。在复杂序列期间降低帧速率以保持稳定性，然后在较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：除非需要用于着色器效果，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 渲染缩放比例： 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提升视觉质量。

如需获取有关这些优化以及更多优化的分步说明，请参阅我们完整的《Unity Android XR 性能指南》。

总结

XR 应用的性能不仅仅是一个技术复选框。这决定了用户体验是舒适且富有吸引力，还是让用户感到不适。我们介绍的优化措施是您的工具包，可帮助您在最新的 XR 设备上实现关键帧速率目标。

您的路线图如下：

  1. 从注视点渲染和 Vulkan 子采样开始。这些 XR 专用功能可立即显著节省 GPU 资源。
  2. 如果您有包含重复几何体或室内空间的复杂场景，请添加 GPU Resident Drawer 和遮挡剔除。
  3. 使用 Performance Metrics 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，以获得更多性能空间

持续衡量和迭代至关重要。并非每项优化都能让每个项目受益，因此请使用 Performance Metrics API 清楚了解哪些优化实际上有助于您的特定用例。

后续操作：拓展技能

准备好深入探索了吗？您可以访问以下资源：

  • Android XR 的 Unity 性能指南 - 针对此处介绍的所有功能，提供完整的分步实现说明。
  • 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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