U3D游戏中画质调节与游戏运行效率适配
需求来源
众所周知，不同设备的硬件配置存在差异，其 CPU 和 GPU 的处理能力有高有低。要让同一款游戏在所有设备上都能流畅运行且画面精美，这几乎是不可能实现的。因此，我们需要针对不同设备的性能进行画质调节，以此确保游戏能够流畅运行。
控制要点
要明确我们需要控制的内容，只需找出影响游戏运行效率的因素即可。由于游戏类型众多，无法一一列举所有影响因素，根据个人经验，以下是一些常见的影响点：
- 贴图精度
- 渲染面数
- 材质复杂度
- 粒子数目
- 阴影质量
- 水面效果
- 增强性场景交互
- 引擎后期效果
下面将逐一说明这些因素的影响原因，并给出常见的优化方法。
贴图精度：SKIP MIPMAP
贴图精度会影响 tex2D、texCUBE 等采样指令的执行速度。对于显卡性能较差的设备而言，这可能会成为游戏运行的一大瓶颈。一般的游戏引擎都提供了 SKIP MIPMAP 功能。
SKIP MIPMAP 是指在上传贴图数据时，跳过指定级数的 MIPMAP。这样在 SHADER 中进行访问时，使用的就是较低级别的贴图精度。例如，一张 1024x1024 的贴图，将 SKIP MIPMAP 设置为 1，表示跳过一级 MIPMAP，那么在 SHADER 中采样时，最大分辨率将变为 512x512。
渲染面数：裁剪&LOD&DETAIL
渲染面数和 DRAW CALL 数目会受到 GPU 位宽和 GPU 频率的限制。当超出 GPU 负载时，游戏帧率会急剧下降。因此，我们需要对渲染面数进行有效控制，常见的控制方法有以下三种：
- 减小裁剪距离：减小裁剪距离可以将远处的景物裁剪掉，从而减少 DRAW CALL 和提交的面数。需要注意的是，这里的减小裁剪距离要与视锥体裁剪配合使用，仅依靠摄像机的 FAR CLIP PLANE 作用不大。
- 模型 LOD：随着物体与摄像机距离的增加，其细节会变得难以看清，此时可以减少模型的细节。LOD 的切换可以采用两种策略：一是根据距离，二是根据机型配置，取距离计算结果和机型配置结果中最大的 LOD 等级。
- 隐藏细节：对场景中的景物根据主次关系进行标记，不同主次关系的景物受不同裁剪距离的影响。例如，地表可视距离为 1000，树木可视距离为 800，花草可视距离为 500。主次细节的显示与否也可以采用距离和机型配置两种策略，只有当距离计算结果和机型配置结果都要求显示时，才显示该细节。
材质复杂度：切换 SHADER
材质复杂度在整个画质和效率控制系统中占比较大，因为大部分的开销都源于材质。本质上，控制材质复杂度就是切换不同的 SHADER，以降低 GPU 的运算复杂度。在参与的引擎和游戏开发项目中，常见的有以下两种方法：
- 宏控制的 SHADER 编译：在 SHADER 中使用宏定义，在编译 SHADER 时，将设备定义的宏开关附加到 SHADER 代码顶部，编译器根据宏内容进行编译。这种方案的优点是一套代码可以适配多个设备配置，但缺点是如果要进行实时切换，会触发 SHADER 的重新编译。对于手机项目，一般在启动时进行硬件检测，选择最适合当前机型的编译配置进行材质初始化；对于端游等项目，则需要考虑动态切换的问题。需要注意的是，汇编级的 SHADER 不支持这种方案，如 DX ASM、STAGE3D AGAL。Unity3d 支持这种方案，笔者曾工作的公司的自研手游 3D 引擎就采用了该方案，前提是不要让玩家在游戏过程中切换画质。
- 切换 Technique：基于一个材质拥有多个 Technique，且 Technique 不是用于区分材质。在这种情况下，Material 作为区分模型材质的单元，其内部包含的 Technique 用于进行设备性能适配。当需要切换高中低配置时，只需切换 Technique 即可。常见的引擎如 OGRE、UNITY3D 都支持这种方案。
粒子数目：禁用发射器
一个粒子特效可能由一个或多个发射器构成。我们可以为每个发射器指定一个 LOD 等级（如果不支持额外添加数据，可以通过发射器名字加前缀，如 LOD0_FIRE0、LOD1_FIRE1 等），然后根据玩家的选择或设备配置禁用发射器，以减少粒子计算和渲染的开销。
阴影质量：SHADOW MAP 精度&选择性开关
阴影是增强画质的有效手段，但当玩家机器配置无法满足阴影质量要求时，就需要选择性关闭。例如，可以为 NPC、怪物、BOSS、其他玩家和玩家自己配置阴影标记，一般有实时阴影、脚底黑圈、关闭三种选项，再根据机型配置或玩家选择动态开关各单位的阴影。此外，阴影的效率开销还受 SHADOW MAP 的分辨率、是否使用软阴影等参数的影响。
水面效果：折射&反射&普通水面
水面效果通常有以下四种：
- 实时折射 + 实时反射（目前的主流配置）
- 实时反射（早期一些 MMORPG 使用）
- 普通水面 + CUBEMAP 反射（如《丝路传说》的水面效果）
- 普通半透明水面（如《魔兽世界》早期的水面效果）
如果游戏中实现了以上所有效果，可以根据玩家选择进行切换，和 LOD 一样，取玩家选择和配置的最大值。
增强性场景交互
增强性场景交互可以让游戏世界更加真实，例如地上的小鸟在玩家跑过时会惊飞，玩家进入草丛时草丛会左右晃动。但这些细节会增加 CPU 和 GPU 的额外开销，因此可以提供一个配置选项，让玩家或根据机型进行开关控制。
引擎后期效果
引擎后期效果如 BLOOM、HDR、热力扭曲等会带来较大的开销，提供开关选项让玩家或根据机型配置进行控制即可。
总结
我们无法保证游戏在每个玩家的机器上都能呈现出美轮美奂的画面，但我们希望游戏能够在每个玩家的设备上流畅运行，至少给玩家一次体验游戏的机会。如果玩家愿意为了更好的游戏体验升级自己的设备配置，那也是一件值得骄傲的事情。