克服VR眩晕之帧数：提高UE4内容实时渲染效率

 

　　VR已经成为了当今最火热的一个话题，带上头盔以后，今后进入一个奇妙的世界，在这里你再也不是观众，你参与这个世界发生的每一件事件。整个世界今后不同凡响。在赛道上飞驰，在战场上纵横。

　　可是生理机制让咱们的大脑在身体并无移动，而视觉在不断告诉我正在飞速前行的迷惑中产生了晕眩。如何解决由于VR而产生的眩晕，就成为每一位设计师须要面对的问题。

　　引发VR眩晕有不少缘由，好比设计上的，技术上的。渲染的帧数高低一定是其中一个最主要的缘由之一。关于UE4里对VR内容的优化方法和思路大部分是和传统的3D游戏优化是一致的，有部分是VR尤为相关的。接下来就以Oculus为平台和你们一块儿分享一下在UE4里常见内容的一些设置和优化的思路和方法。
 

 

　　首先咱们来看一个优化过程的实例，先有个大概的了解。打开一个UE4下载的项目，particle cave，VR preview，带上眼镜就能体验了，对，就这么简单，虽说这个并非一个针对VR的项目。

　　这里作了一些简单的设置：

　　1. 发现摄像机是以预设轨道在飞，并且明显感受帧率不高，哦，好晕。为了比较方便衡量接下来优化，我作了一些摄像机的设置，让摄像机开始游戏后固定在一个我认为帧数最低的画面。

　　2. 确保帧数没有被限制住，关闭垂直同步，把最高帧数限制上限提升好了，再run一下，固定住了，转转头能够，真的挺卡的。
 

 

　　再接个命令证明一下，最直接和GPU渲染效率有关的就是分辨率。

　　HMD SP 100   54FPS
帧数立马提升很多，果真是GPU渲染瓶颈！
 

 

　　下降渲染品质
Adjust scalability to medium  72FPS
成功了？ 尚未哦，这个太暴力了，这个确定不是最优的优化结果了。由于确定有些能够进一步作大量的优化，有些和视觉相关比较大的调整能够提升质量。而非粗暴的都调低了，那接下来就得找缘由了。
 

 

　　打开GPUprofiling: (Ctrl+Shift+,)
看下最大的GPU开销在哪里：

　　Base pass:              Deferred Decals
　　Lighting:                ReflectionEnvironment:
　　Translucency:        Postprocessing:

　　从最大开销的几个点入手：BASEPASS: 敲入几个渲染选项命令行：r.Earlyzpass 1：增长draw calls和一部分GPU的消耗，但大大下降base pass的消耗；关闭了一些不须要的PP效果；一套最优POP设置组合：
 

　　Postprocessing setting:

　　Scene color;

　　Fringe intensity                  0

　　Grain intensity                   0

　　Color grading intensity     0

　　Bloom setting

　　LPV                                     0

　　Ambient occlusion            0

　　DOF Method Gaussian, 其余参数 所有 0

　　Motion blur all                  0

　　AA FXAA

　　SSR 0 MAX roughness      0.01

　　Ambient cubemap            0

 

 

　　再VR preview，嗯，仍是75，固然了，DK2上顶格是75，再优化看不出效果13.39ms        75FPS
 

 

　　把品质调高成high   Scalability high，仍是75，哈哈，没问题！如今算优化完了吧？ 其实还能够再优化，这时候的优化就是以尽可能提高画质但不下降帧数为目标。
 

 

　　看看哪些还能够优化的？固然有！以前的Translucency花费好高。Viewmode： shade complexity 好红, 一堆overdraw；Decal的花费也很高， Stat scenerendering, decals in view环境反射的花费很高: 选中sphere reflection capture， 看一下总共有几个，观察他们影响范围是否重叠严重。
 

 

　　Vertex intensity： 好密啊。高密度的三角面几乎看上去就像一个实体了， 一个三角面的大小在屏幕上的面积小于2*2个像素就会极大的增长开销。

　　还有Particle 。如今基本上已经定位到可执行层面的缘由了，一些缘由也已经经过可接受的渲染参数调整解决了；另一些就必需要artist来优化Assets自己了。哪些工做最快，质量损失最小，可以换其余更能提高品质的选项。

　　启示他们并不须要这么多面，assets的优化须要更多的时间。把scaleability有些选项提高到EPIC，固然他们并非所有。
 

 

 

 

　　一些引发DRAW CALL数量多的缘由：

　　同屏看到的Actor太多，若是材质复杂这个因素还会加成。 合并Actor，尤为是中远处；

　　材质ID太多(or Section; Mesh elements)。重用材质贴图，尽可能把同一材质物体合成为一个物体；

　　每一个actor上的feature太多。主要是增长投影的属性，增长custom depth的属性；

　　太多灯光投影（这里投影的消费来自于须要计算哪些物体须要被投影）；
 

 

　　MESH DRAW CALL每每是个大头，MESH ID 的数量能够在STATISTICS统计能够很方便的查看，从经验判断哪些资源制做不合理。
 

 

　　关于ACTOR设置feature会增长DRAW CALL数的是投影和custom depth，能够经过一些工具来检查这些设置。使用property matrix来过滤，检查，并修改。
 

 

　　另一个常用的查找缘由的方法排除法：
经过隐藏各类元素，寻找哪一个是致使DRAW CALL数量的大头
记得隐藏HUD，有的时候HUD也是个大头之一。

　　Showflag.slate　　一、若是是GPU瓶颈，最快速的验证方式就是改变分辨率，下降分辨率能够极大提升帧数。为了抵消畸变纠正而产生的图像模糊，或者分辨率的丢失，在渲染的的buff里每每是实际屏幕尺寸的120-130%，这样增长了图像的锐利度，但下降了渲染的速度。

　　HMD SP全称是HMD 的screen percentage， 这个参数就是来修改渲染buff的尺寸的，HMD SP 120是默认值，改为100看看。

　　若是像刚才例子看到的，帧数有大幅度的提升，那就是GPU负担太大的问题了，若是分辨率的改变对于帧数影响不大，颇有多是由于面太多了。
 

 

　　对这些内容重点作检查，看看有没有超标的现象出现：
 

• 分辨率
• HMD SP
• 投影贴图
• 面数/点数（灯光的多少，阴影的设置，多少物体）
• LOD,关闭shadow，灯光屏幕面积
• 面数密度过高，高到一个三角面小于2*2的像素，这个每每发生在远处物体
• 点处理，点太多
• 点动画的shader太复杂
• tessellation太复杂
• 太多UV，太多SG
• 查看staticmesh editor里点和面数的差异是否大
• 点没有合并等
• view cost（HZB occlusion culling）
• Precumputed visibility volume
• Scene cost GPU particle simulation
• 材质复杂度
• quality switch，sin, pow, cos, divide, Noise很费
• 因为Texture 太多，太大 Texture caching反复的page in and out of 显存
• 遮挡的culling计算
• Precumputed visibility volume
• 延迟灯光

　　当使用lighting function，IES，接受投影，区域光，复杂shading modes的时候会变得更贵。反射ssr有问题，关掉。 后期， AO，很费。
 

 

　　知道哪里有问题了，接下来就能够着手行动了，但以前作个目标规划仍是能够事半功倍的。最小化图像质量妥协，是一种有的放矢的妥协策略。好比高质量的阴影对于高品质的抗锯齿而言对于最终项目实际的表达效果次要。减少阴影品质来换取高品质AA就是一种有的放矢的妥协策略。所以尽可能大的减少不是很是关心的渲染品质部分，增长更可见的渲染品质部分。

　　从容易作起，从开关一些渲染选项，品质参数调整，到直接删东西，优化一个用到几百次的物件，这些都是立竿见影的方式，这样能够作容许的时间计划内完成目标，若是有更多时间和预算能够对相对低性价比的。目标75帧是必须的，不要说68，70，都不行，必须75，作实际体验中有很大区别。
 

 

　　最多见的问题所在：
 

• 测试环境不合适，灯光没有build
• Actor或者材质ID太多
• 面太多，没有任何的LOD设置
• 灯光使用没有节制： 各类动态投影，灯光类型随意
• 没有合理的设置CULL的条件
• 透明太多
• Postprocess过高级了

　　这些缘由又互相影响，一方面的增长也会增长另外方面的开销：
 

 

　　其余一些VR的特有行为：
 

• VR 须要畸变色差纠正
• VR须要双屏
• VR须要更大的渲染分辨率
• VR须要传递传感器信息

　　好比对于Oculus部分是在驱动层级作掉了，好比如何纠正畸变，如何双屏，如何传递传感器信息。对于传感器信息和视频匹配的准确性，以及渲染的屏幕覆盖率，在UE4里是能够根据须要来修改的，除了这些，其余就和以往的优化思路一致了。
 

 

　　建立测试环境，找缘由：
 

• Testing in a stable enviroment
• run Standalone game
• use pause or slomo 0.001 to prevent random numbers
• Measuring few times
• 确保帧数不封顶
• s.Vsync 0
• s.MaxFPS
• 了解瓶颈
• GPU瓶颈
• profileGPU（ctol+shift+,）
• 分辨率
• HMD SP
• 投影贴图
• 面数/点数（灯光的多少，阴影的设置，多少物体）
• LOD,关闭shadow，灯光屏幕面积
• 面数密度过高，高到一个三角面小于2*2的像素，这个每每发生在远处物体
• 点处理，点太多
• 点动画的shader太复杂
• tessellation太复杂
• 太多UV，太多SG
• 查看staticmesh editor里点和面数的差异是否大
• 点没有合并等
• view cost（HZB occlusion culling）
• Precumputed visibility volume
• Scene cost GPU particle simulation
• 材质复杂度
• quality switch，sin, pow, cos, divide, Noise很费
• 遮挡的culling计算
• Precumputed visibility volume
• 延迟灯光
• 当使用lighting function，IES，接受投影，区域光，复杂shading modes的时候会变得更贵
• 反射ssr有问题，关掉，后期AO，很费
• cup瓶颈，CUP GAME瓶颈
• stat game
• AI复杂度
• BP
• raycast
• 物理
• 内存分配
• CUP RENDER瓶颈
• stat scenerendering
• 材质ID太多
• 重用材质贴图，尽可能把同一材质物体合成为一个物体
• actor太多，若是材质复杂这个因素还会加成
• 合物体，尤为是中远处
• 每一个actor上的feature太多，好比增长投影的属性，增长custom depth的属性
• 太多灯光投影（这里投影的消费来自于须要计算哪些物体须要被投影）
• 找到瓶颈的方法：
• stat unit
• disable一些stuff，而后看效率上的区别
• 一些可调的show flag
• 开关屏幕反射
• 开关AO
• 开关AA
• 开关bloom
• 开关延迟灯光
• 开关灯光类型
• 开关动态阴影
• 开关GI
• 开关后期
• 开关环境反射
• 开关折射
• 开关贴画
• 开关半透明
• 开关tessellation
• viemode
• ProfileGPU
• ProfileCPU
• stat game
• stat scenerendering
• Profiler

 

 

 

 

　　后期优化首选项：
 

• Scene color fringe;
• ambient cubemap,
• image based lens flares;
• LPV off;
• Grain intensity,
• DOF off,
• ssr off,
• or roughness 0.01;
• Motion blur off

 

 

　　最后选择的参数须要应用到DEVICE PROFILES里或者BP里：
 

 

　　减少 shader的 instruction的数量；减小Texture sample的数量；把常用到同一个物体上的Pattern合在一张贴图上；去掉对质量影响很小的贴图，好比Specular，AO在实际状况中平衡来使用quality switch，sin, pow, cos, divide, Noise，多向量的计算老是大于单向量的计算。
 

 

　　UE4里因为使用了延迟灯光，因此灯光的优化比前向渲染方便的多。最快速最有效的方法：使用静态光源。若是使用的是动态光减少 Lighting cull，半径，衰减，Z INTERSSECTION, cone大小角度。总之尽可能减小重叠。
 

 

　　投影的开销最大每每不是来自于pixel shader，而是来自于被投影的mesh面数太多，还会被灯光数量，投影物体数量放大。关闭投影的灯光；减少范围或张角；减面，加LOD r.Shadow.MaxResolution
 

 

 

• 创造性做假；
• 三角面；
• 远处mattinpaiting；
• 投影面片，画在贴图上。

 

 

　　一个做品的优化不是一朝一夕的事情，须要肯定目标配置：肯定最低配置，配置范围小，这样的优化才更有针对性，而且学会在开阔的视野在设计时须要巧妙的避免没必要要的内容，学会如何制定Budget：质量优先驱动；快速原型制做；分析制定。 　　对内容制做者前期的培训花费是值得的，完成这些工做以后，一个高品质的VR做品就会诞生。