Unity_ Handmade graphics optimizations by Roman Chehowski

• OPTIMIZATION BASICS

• BATCHING • LIGHTING • SHADERS

WORDS TO SAY

BASICS BATCHING LIGHTING SHADERS

«В предыдущей серии»Рендер, шейдеры, пост-

процессинг, etc.<DevGamm! Minsk 2014>

• Mobile engine/tools developer в Vizor Intreractive.

• В прошлом – программист графики Unity3D в Steel Monkeys.

• 3 года опыта работы с графикой (Adobe flash, DirectX, OpenGL, Metal)

• Работал с большим количеством open-source игровых движков

Профилирование

Анализ результатов

Проектирование

Реализация

Играбельная версия

Финальный билд

Оптимизация -циклический

процесс увеличения

производительности


КОГДА ОПТИМИЗИРОВАТЬ ГРАФИКУ

• «Не сейчас» (с) Сначала получите приемлемый результат.

• Когда производительность приложения на целевых устройствах Вас не устраивает.

• Вместе с гейм-дизайнером – для решения вопросов об игровой стилистике.

• Вместе с 2D/3D художником – для быстрой переделки игровых ресурсов.


ФОРМАЛИЗАЦИЯ

• Что визуально изменится для игрока?• Каковы преимущества и недостатки оптимизации?• Какие игровые ресурсы нужно будет переделывать?• Какой код нужно переписывать (и кто будет это делать)?• Сколько времени займет оптимизация?• Энтропия (Что может не заработать?).

В процессе формализации, Вы отвечаете на вопросы: «Что именно я делаю?» и «Сколько времени это займет?»


ПРОФИЛИРОВАНИЕ

• Не считайте попугаев (FPS, draw calls), замеряйте время.• Не замеряйте производительность в сферическом вакууме.• Создавайте тесты для быстрого получения результатов.• Записывайте render time, а не frame time (это исключит из

результата swap buffer delay и vSync). • Обязательно оценивайте «до/после» только по

достижении планируемого результата.• Получив массив результатов времени, берите медиану, а

не среднее арифметическое, иначе рискуете получить «среднюю температуру по больнице».


ПРОФИЛИРОВАНИЕ UNITY-ПРОФАЙЛЕРОМ

• Время Camera.Render() в профайлере – это именно то, что Вам нужно.

• Напишите простенький MonoBehaviour:• OnPreCull() – начало фрейма• OnPostRender() – конец фрейма• OnGUI() – для вывода результата


General-purpose tools• Unity profiler• GDebugger (OpenGL

desktop)• Microsoft PiX (DirectX

9)• ADB GL tracer

(android)• xCode instruments

(iOS)

Platform-specific tools:• Adreno profiler

(Qualcomm Adreno)• PerfHUD ES (NVidia Tegra)• Mali profiler (ARM Mali)• PVRTune (Imagination tec

PowerVR)

На личном опыте:• Mali – самая проблемная• Tegra – самая медленная• PowerVR – самая

производительная


БАЗОВЫЙ ПОДХОД:

• Упрощайте шейдеры• Упрощайте пост-процессинг• Используйте меньше transparent-объектов• Подключайте LOD’ы• Используйте Material ID• Запекайте цвет и свойства материалов в vertexColor

и uv2• Используйте native-текстуры• Снижайте Fillrate• Включайте оптимизацию Mesh’ей


Static batching:(+)• Не нужно постоянно перезаписывать VBO.• Меньше нагрузка на CPU, так как не нужно

трансформировать вершины в runtime.• Немного меньше matrix multiplications в runtime.

(-)• Рендер создает физическую копию забатченной

геометрии.• Нет возможности перемещать статически

забатченные объекты.• Для работы frustum и occlusion culling’a требуется

динамическая перезапись index buffer.


model matrix position world position

_Object2World – model matrix_World2Object – inverse model matrixUNITY_MATRIX_MVP – model-view-projection matrix





[0] [1] [2] [3] [4]



• Используйте как можно меньше динамических источников освещения на сцене

• Уменьшайте количество «per-pixel lights в Quality Settings.

• Помечайте второстепенные источники света как «non-important»

• При огромном количестве источников освещения – подключайте Deferred shading

• Не слишком полагайтесь на Surface шейдеры.

LIGHTING


• SubShader:• Forward base

• GLES• Base

• KEYWORD_A• KEYWORD_B

...• Shadow caster• Shadow collector

• DX9• WP8• Playstation 3

…• Forward add• Prepass base• Prepass final

Shader "Custom/NewShader" { Properties { _MainTex("Base (RGB)", 2D) = "white" {} } SubShader { Tags { "RenderType"="Opaque" } LOD 200

CGPROGRAM #pragma surface surf Lambert sampler2D _MainTex;

struct Input { float2 uv_MainTex; };

void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {

half4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);

o.Albedo = c.rgb; o.Alpha = c.a; } ENDCG } FallBack "Diffuse"}

Варианты Вашего шейдера:


• 12K triangles• 24K vertices• 5X Blend “One

One”• 6 проходов



https://github.com/RChehowski/devgamm_expo

• 2K triangles• 4K vertices• 1 проход


ОПТИМИЗАЦИЯ ШЕЙДЕРНОГО КОДА

• Используйте апроксимации.• Упрощайте математику.• Переносите код из пиксельного шейдера в вершинный• Не пренебрегайте интринсиками и векторизацией• По возможности, избегайте ветвления в шейдере• Используйте ARB_precision_hint

• При необходимости – редактируйте сгенерировнный Unity код


float x = (v1 * merge) + (v2 * (1.0 – merge));

float x = lerp(v1, v2, merge);

• Не изобретайте велосипед. Почти все уже реализовано в языке HLSL.

• Иногда удобно использовать интринсики не по прямому назначению.

ИНТРИНСИКИ

float4 result = dot(float4(0.3, 0.59, 0.11, 1.0), myColor);

• Не забывайте про min(), max(), abs(), mad(), и т.д.


ВЕКТОРИЗАЦИЯ

return a.yzx * b.zxy - a.zxy * b.yzx;

return float3(a.y * b.z - a.z *

b.y,a.z * b.x - a.x *

b.z,a.z * b.y - a.y * b.z

);

• В HLSL скаляры это одномерные векторы, поэтому:

return float3(var, var, var);

• Вы можете делать swizzle в любом, удобном Вам порядке

return var.xxx;

(а вообще, это cross(a, b))


if(x == 0)return a;

else if(x == 1)return b;

return lerp(a, b, floor(x));

• Постарайтесь избегать ветвления для тривиальных случаев

• В некоторых случаях, ветвление все-таки лучше:

if(x == 0)оченьмногокода

else if(x == 1)clip(-1)

BRANCHING


struct VertexData {float a :

TEXCOORD0;float b :

TEXCOORD1;float c :

TEXCOORD2;float d :

TEXCOORD3;};myMaterial.SetFloat(„a”, 1.0f);myMaterial.SetFloat(„b”, 2.0f);myMaterial.SetFloat(„c”, 3.0f);myMaterial.SetFloat(„d”, 4.0f);

struct VertexData {float4 abcd : TEXCOORD0;

};

myMaterial.SetVector(„abcd”,new Vector4(1.0f, 2.0f, 3.0f,

4.0f);

• Позволяет заменить 4 вызова glUniform1fv одним вызовом glUniform4fv

УПАКОВКА


Вставьте этот код вместо исходного кода Вашего шейдера


ВЫВОДЫ

• Процесс оптимизации должен быть достаточно детерминирован

• Оптимизировать можно только финальную версию игры или модуля

• Во время оптимизации Вы снова возвращаетесь к задаче и в процессе можете решить проблему, которая казалась неразрешимой или была оставлена на «и так сойдет…»

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ– Вопросы…?

[email protected]

Documents

Unity_ Handmade graphics optimizations by Roman Chehowski