分析和优化游戏性能

本指南介绍了在 Android 设备上分析和优化游戏性能的流程，以实现流畅的用户体验。它涵盖了识别性能瓶颈、区分 CPU 和 GPU 问题，以及验证优化结果。

无论游戏多么有趣或吸引人，如果无法在移动设备上流畅运行，玩家就不会喜欢，游戏也不会那么成功。即使是好玩的游戏也可能会出现每秒帧数 (FPS) 低或设备过热等问题。这些问题会让玩家感到不快。因此，提升游戏性能至关重要，您必须了解如何优化游戏性能。

性能优化流程包括以下步骤：

衡量游戏的整体性能。量化每个场景的性能降幅，以精确定位异常情况。
CPU 和 GPU 绑定检查。确定根本原因，无论是 CPU 限制还是 GPU 限制。

工具：Unreal Insight、Unity Profiler、Perfetto 和性能测量工具。
CPU 优化。纠正发现的性能瓶颈。

工具：Unreal Insight、Unity Profiler、Perfetto 和 Simpleperf。
GPU 优化。纠正发现的性能瓶颈。

工具：RenderDoc、Arm Mobile Studio、AGI、供应商专用工具。
A/B 测试。进行 A/B 测试，以严格验证所实施的优化措施的有效性。

工具：Unreal Insight、Unity Profiler、Perfetto 和性能测量工具、CPU 或 GPU 频率锁定以及 RenderDoc。
此迭代过程 (1-5) 会一直持续，直到成功实现目标 FPS 和热参数。

前提条件

准备好游戏 build，以便在 Android 设备上进行测试。
安装以下工具：

分析全面的游戏表现

您必须检查游戏的整体性能，并确定任何基于场景的性能下降或异常情况。在优化游戏之前，请先检查游戏的当前性能。由于游戏包含许多界面和场景，因此请分析 CPU 或 GPU 使用率较高的场景或性能出乎意料的布局，以监控每个场景的性能下降情况和 CPU 或 GPU 利用率。

量化性能降幅：使用性能测量工具来测量游戏的整体性能。按场景衡量性能，以找出性能下降或出现异常的具体区域。
找出有问题的场景：分析数据，找出 CPU 或 GPU 使用率高的场景，或屏幕布局无法产生预期性能的场景。
收集轨迹数据：使用轨迹工具收集已发现的问题场景的详细性能数据。

确定 CPU 或 GPU 瓶颈

如果游戏未达到目标 FPS，请确定它是受 CPU 限制还是受 GPU 限制。分析 CPU 和 GPU 行为对于寻找优化机会至关重要，即使设备在游戏过程中发热或耗电过多也是如此。您可以使用各种方法来确定系统是受 CPU 限制还是受 GPU 限制。

分析跟踪数据：使用您偏好的工具分析跟踪数据：
- Unreal Insight (Unreal Engine)：分析轨迹以查看 GameThread、RenderThread 和 RHIThread 的时间安排。
  - 如果 GameThread 或 RenderThread 超过帧时间限制（例如，30 FPS 时为 33.3 毫秒），则游戏为 CPU 受限。
  - 如果 RHIThread 表现出长时间执行或占帧时间的大部分，则游戏是 GPU 绑定的。
图 2. 包含 GameThread、RenderThread 和 RHIThread 的 Unreal 洞见轨迹（点击可放大）。
- Unity 分析器 (Unity)：如果主线程在 Gfx.WaitForPresentOnGfxThread 等标记上消耗大量时间，而渲染线程显示 Gfx.PresentFrame 或 <GraphicsAPIName>.WaitForLastPresent，则游戏属于 GPU 瓶颈。
图 3. Unity 分析器的 GPU 绑定示例（点击可放大）。
- Perfetto：分析 CPU 核心分配和线程执行详情。通过详细查看线程执行信息，此分析有助于识别性能瓶颈。
- CPU 开销：轨迹表明，GameThread 和 RenderThread 上的工作负载与 VSync 结合在一起，导致 RHI 线程的 QueuePresent 出现延迟，从而表明这是一个受 CPU 限制的场景。
  
  图 4. 包含 CPU 执行详细信息的 Perfetto 轨迹（点击可放大）。
- GPU 开销：如果 GPU 完成时间超过帧时间限制（例如 25 毫秒），则游戏会受到 GPU 限制。轨迹表明 GPU 完成时间超过 25 毫秒，这表示属于 GPU 绑定场景。
  
  图 5. 包含 GPU 开销详细信息的 Perfetto 轨迹（点击可放大）。
使用 Unreal Engine 统计信息命令：
- stat unit：比较分配给游戏、绘制和 RHI 线程的时间。如果游戏时间和绘制时间较低，但 RHI 时间始终超过帧时间限制，则游戏受 GPU 限制。例如，如果所需的 FPS 为 30（相当于每帧 33.33 毫秒），并且游戏线程和绘制线程始终保持在 10-15 毫秒范围内，但 RHI 始终超过 30 毫秒，则强烈表明存在 GPU 瓶颈。
图 6. 统计单位有助于估计 GPU 绑定条件。
- stat VulkanRHI：检查队列提交和队列呈现时长。
图 7. Stat VulkanRHI 有助于估计 GPU 绑定条件（点击可放大）。
- stat slow：仔细检查分配给游戏、渲染和 RHI 线程的时间，以找出阻碍因素。
查看效果指标：使用全面的游戏效果分析结果。在 Android 设备上：
- CPU 受限：CPU（已归一化）使用率高于 15%，但 GPU 使用率和 FPS 较低。
- 受 GPU 限制：GPU 使用率高于 90%。
通常，如果 FPS 和 GPU 使用率较低，而 CPU 使用率超过 15%，则可认为这种情况属于 CPU 瓶颈。

图 8. 包含 CPU 和 GPU 用量的性能指标。