次世代手游美术资源如何优化？

“次世代”一词源自日本，意为下一个时代、未来的时代。常见的“次世代科技”，指的是尚未广泛应用的先进技术。后来，这个词逐渐成为一种习惯用语，被用来代表某类具备特定属性的游戏类型。

随着科技的发展，手机硬件不断升级，使得在移动端实现次世代游戏的画面效果成为可能。然而，我们仍面临硬件限制的瓶颈，无法像制作主机游戏那样“肆意挥霍资源”。因此，必须对各种美术资源进行优化处理，以确保在不同平台和硬件终端上都能提供良好的游戏体验。

性能瓶颈分析

对于一款游戏而言，主要有两种计算资源：CPU和GPU。它们相互协作，确保游戏能在预期的帧率和分辨率下运行。其中，CPU负责帧率相关的计算，GPU则主要处理与分辨率相关的任务。

CPU 瓶颈

• 过多的 Draw Calls：CPU 调用底层图形接口的次数过多，会导致其负担过重。例如，若场景中有上千个物体，每个物体的渲染都需调用一次底层接口，CPU 就要进行大量工作。
• 复杂的脚本或物理模拟：这类操作的计算量较大，会占用 CPU 大量资源。

GPU 瓶颈

• 填充率：即图形处理单元每秒渲染的像素数量。
• 像素复杂度：如动态阴影、光照、复杂的 shader 等，都会增加 GPU 的处理难度。
• 几何体复杂度：主要取决于顶点数量，顶点数越多，GPU 处理的工作量越大。
• GPU 显存带宽：显存带宽不足会影响数据传输速度，进而降低 GPU 的性能。

优化技术介绍

CPU 优化

CPU 的主要限制因素是 Draw Calls。Draw Calls 是 CPU 调用底层图形接口的操作，过多的 Draw Calls 会使 CPU 不堪重负。例如，在渲染场景时，若不同物体使用不同的材质和 shader，CPU 就需要频繁重新准备顶点数据、设置 shader，这一过程非常耗时，会导致 Draw Call 增多，影响帧率和游戏性能。此外，物理、布料模拟、粒子模拟等操作也会给 CPU 带来较大的计算负担。

减少 Draw Call 数量

• 批处理（Batching）：批处理是将使用同一材质的物体合并处理的方法。由于同一材质的物体仅顶点数据不同，因此可以将这些顶点数据合并后一起发送给 GPU，从而完成一次批处理。

在 Unity 中，批处理分为动态批处理和静态批处理两种方式：

• 动态批处理：这种方式是自动进行的，无需手动操作，且物体可以移动。但它的限制较多，容易因不满足条件而导致批处理失败。Unity 进行动态批处理的条件包括：物体使用同一材质；顶点属性的最大限制为 900；物体需使用相同的缩放尺度（可以是非统一缩放，但所有物体的非统一缩放必须相同）；使用 lightmap 的物体、多 passes 的 shader 以及接受实时阴影的物体不会进行动态批处理。
• 静态批处理：自由度较高，限制较少，但可能会占用更多内存，且批处理后的物体无法移动。使用时，只需勾选物体的“Static Flag”即可。

以下是一些批处理的使用建议：

• 优先选择静态批处理，但要注意内存消耗。
• 若使用动态批处理，需注意上述限制条件。例如，尽量减少符合动态批处理条件的物体数量，并减少其顶点属性；避免使用统一缩放，或使所有物体使用不同的非统一缩放。
• 对于游戏中的小道具，可以采用动态批处理。
• 对于包含动画的物体，可将其中不动的部分标识为“Static”。

此外，为避免因物体使用不同纹理而打破批处理规则，可将多张小纹理合并到一张大纹理中。

GPU 优化

顶点优化

• 优化 Mesh，减少顶点数量：在 3D 游戏建模时，应尽量减少模型中三角形的数量，去除对模型外观无影响或肉眼难以察觉差异的顶点。
• LOD 技术：类似于 Mipmap 技术，LOD 为模型建立了一个金字塔结构。根据摄像机与对象的距离，选择不同精度的模型进行渲染，从而在适当的时候大量减少需要绘制的顶点数目。不过，该技术需要占用更多内存，且若距离设置不当，可能会导致模型显示的突变。在 Unity 中，可以通过 LOD Group 来实现 LOD 技术。
• 遮挡剔除（Occlusion culling）技术：该技术用于清除被其他物件遮挡而不可见的物件，避免资源浪费在不可见顶点的计算上，从而提升性能。

像素优化

• 控制绘制顺序：像素优化的关键在于减少 overdraw（一个像素被多次绘制）。在 Unity 中，可通过查看 overdraw 视图来判断物体的遮挡情况。为避免 overdraw，应尽量从前往后绘制物体，这主要得益于深度检验的作用。在 PC 上，为获得准确的渲染结果，通常从后往前绘制不透明物体，再绘制透明物体进行混合；但在移动平台上，这种方式会导致大量 overdraw，因此应采用从前往后的绘制顺序。在 Unity 中，可将物体的队列设置为“Geometry”，以确保其从前往后绘制。
• 警惕透明物体的使用：透明物体的渲染需要从后往前进行，且会抛弃深度检验，容易导致 overdraw。因此，应尽量减少场景中透明物体的使用，尤其是多层覆盖的透明对象和透明粒子效果。若无法避免使用大量透明物体，可通过减少 GUI 所占面积、将 GUI 绘制和三维场景绘制交给不同摄像机等方式来降低 overdraw。同时，可在代码中对机器性能进行判断，根据性能情况开启或关闭特效功能。
• 尽量避免实时光照：实时光照在移动平台上是一项开销较大的操作。若场景中包含多个光源且使用了多 Passes 的 shader，可能会导致性能下降，甚至在某些机器上出现 shader 失效的情况。此外，逐像素的光源会增加 Draw Calls 和 overdraw，并且会中断批处理。

带宽优化

• 使用 Texture Atlas：将多个小纹理合并到一个大纹理中，可减少 Draw Calls。同时，纹理的长宽比最好为正方形，且长度值为 2 的整数幂，以充分发挥优化策略的效果。
• Generate Mip Maps：该技术会为同一张纹理创建不同大小的小纹理，形成一个纹理金字塔。在游戏中，可根据距离物体的远近动态选择使用合适的纹理，从而节省大量访问像素的数目。但该技术需要占用更多内存。
• 优化纹理尺寸大小和压缩格式：
• 纹理尺寸大小：通过 MaxSize 设置纹理的长宽值，若纹理本身超过最大值，Unity 会对其进行缩小处理。同样，纹理的长宽比最好为正方形，长度值为 2 的整数幂。
• 压缩格式：通过 Format 设置纹理的压缩格式。一般可选择自动模式，Unity 会根据不同平台选择合适的压缩模式。对于 GUI 类型的纹理，可根据画质要求选择是否压缩。此外，还可根据不同机器选择不同分辨率的纹理，以确保游戏在老机器上也能正常运行。例如，在安卓平台上可采用 RGB Compresses ETC 4 Bits 压缩模式，在 iOS 平台上可采用 RGB Compresses PVRTC4 Bits 压缩模式。

通过以上对 CPU 和 GPU 的优化策略，可以有效提升次世代手游的性能，为玩家提供更好的游戏体验。