Unity3D游戏游戏化之DrawCall优化过程分析详解
在最近，使用U3D开发的游戏核心部分功能即将完成，中间由于各种历史原因，导致项目存在比较大的问题，这些问题在最后，恐怕只能通过一次彻底的重构来解决
现在的游戏跑起来会有接近130-170个左右的DrawCall，游戏运行起来明显感觉到卡，而经过一天的优化，DrawCall成功缩减到30-70个，这个效果是非常显著的，并且这个优化并没有通过将现有的资源打包图集来实现，图集都是原有的图集，如果从全局的角度对图集再进行一次优化，那么DrawCall还可以再减少十几个
本次优化的重点包括：层级关系和特效
对于U3D，我是一个菜鸟，对于U3D的一些东西是一知半解，例如DrawCall，我得到的是一些并不完全正确的信息，例如将N个纹理打包成一个图集，这个图集就只会产生一个DrawCall，如果不打成图集，那么就会有N个DrawCall，这个观点在很多人的认识里都是正确的，因为可以通过简单的操作来验证，但严格来说，这个观点是错误的，因为它还受层级关系影响！
渲染顺序
U3D的渲染是有顺序的，U3D的渲染顺序是由我们控制的，控制好U3D的渲染顺序，你才能控制好DrawCall
一个DrawCall，表示U3D使用这个材质/纹理，来进行一次渲染，那么这次渲染假设有3个对象，那么当3个对象都使用这一个材质/纹理的时候，就会产生一次DrawCall，可以理解为一次将纹理输送到屏幕上的过程，（实际上引擎大多会使用如双缓冲，缓存这类的手段来优化这个过程，但在这里我们只需要这样子认识就可以了），假设3个对象使用不同的材质/纹理，那么无疑会产生3个DrawCall
接下来我们的3个对象使用2个材质，A和B使用材质1，C使用材质2，这时候来看，应该是有2个DrawCall，或者3个DrawCall。应该是2个DrawCall啊，为什么会有3个DrawCall？？？而且是有时候2个，有时候3个。我们按照上面的DrawCall分析流程来分析一下：
1.渲染A，使用材质1
2.渲染B，使用材质1
3.渲染C，使用材质2
在这种情况下是2个DrawCall，在下面这种情况下，则是3个DrawCall
1.渲染A，使用材质1
2.渲染C，使用材质2
3.渲染B，使用材质1
因为我们没有控制好渲染顺序（或者说没有去特意控制），所以导致了额外的DrawCall，因为A和B不是一次性渲染完的，而是被C打断了，所以导致材质1被分为两次渲染
那么是什么在控制这个渲染顺序呢？首先在多个相机的情况下，U3D会根据相机的深度顺序进行渲染，在每个相机中，它会根据你距离相机的距离，由远到近进行渲染，在UI相机中，还会根据你UI对象的深度进行渲染
那么我们要做的就是，对要渲染的对象进行一次规划，正确地排列好它们，规则是，按照Z轴或者深度，对空间进行划分，然后确定好每个对象的Z轴和深度，让使用同一个材质的东西，尽量保持在这个空间内，不要让其他材质的对象进入这个空间，否则就会打断这个空间的渲染顺序
在这个基础上，更细的规则有：
- 场景中的东西，我们使用Z轴来进行空间的划分，例如背景层，特效层1，人物层，特效层2
- NGUI中的东西，我们统一使用Depth来进行空间的划分
- 人物模型，当人物模型只是用一个材质，DrawCall只有1，但是用了2个以上的材质，DrawCall就会暴增（或许对材质的RenderQueue进行规划也可以使DrawCall只有2个，但这个要拆分好才行），3D人物处于复杂3D场景中的时候，我们的空间规则难免被破坏，这只能在设计的时候尽量去避免这种情况了
- 使用了多个材质的特效，在动画的过程中，往往会引起DrawCall的波动，在视觉效果可以接受的范围内，可以将特效也进行空间划分，假设这个特效是2D显示，那么可以使用Z轴来划分空间
打包图集
每个材质/纹理的渲染一定是会产生DrawCall的，这个DrawCall只能通过打包图集来进行优化
制作图集一般遵循几个规则：
- 从功能角度进行划分，例如UI可以划分为公共部分，以及每个具体的界面，功能上，显示上密切相关的图片打包到一起
- 不要一股脑把所有东西打包到一个图集里，特别是那些不可能同时出现的东西，它们就不应该在一个图集里，这样的图集意义不大，减少不了DrawCall，并且一个你不需要显示的图片，会一直占用你的内存，这让我非常不爽
- 注意控制图集的大小，不要让图集太大，一个超级大图集的DrawCall消耗或许顶的上十几个小图集的消耗
字符图集，在使用BMFont或者其他工具生成图片字的时候，我们往往是直接导入一大串文字，然后直接生成图片，但实际上这上面的操作也有优化空间，例如BMFont生成的图片大小，是可以设置的，有两个规则，一个规则是导出的图片尽量小，另一个是导出的图片尽量少，默认的大小应该是512×512，假设你生成的图片256×256就可以容纳，那么多做一个操作你可以节省这么多空间，另外当你输入多几个字，就导致增加一张图片时，例如1024变成2048，那么你可以考虑使用3张512的图片，这样也会节省空间
经过精心划分的图集在加上精心规划的渲染顺序，DrawCall会有一个质的优化
特效清理
U3D提供了非常便捷的方法让我们很轻易地使用美术给过来的特效，懒惰的U3D程序猿会直接放入U3D，甚至不去看这是个什么特效，我们的特效一般都是一瞬间的事情，例如技能特效，或者其他什么特效，那么特效播放完，这个特效我们就看不到了，但假设这个特效在播放结束的时候，没有将自身的Active属性设置为false，那么它就会继续占用你的DrawCall，消耗你设备的计算能力，所以程序需要保证当一个特效播放完之后，能够被消耗，或者设置为非激活的状态，可以使用一些公共方法来完成特效播放完之后的清理工作（自己实现2个静态函数，一个播放完销毁，一个播放完设置未激活）
unity3D 对于移动平台的支持无可厚非，但是也有时候用Unity3D 开发出来的应用、游戏在移动终端上的运行有着明显的效率问题，比如卡、画质等各种问题。自己在做游戏开发的时候偶有所得。对于主要影响性能的因素做个总结。
主要因素有：
1. Saved by batching 值过大 ---- > 这个值主要是针对Mesh的批处理，这个值越高，应用就越卡
2. Drawcall 值过大 ---- > Drawcall 值过大，所需要的 GPU 的处理性能较高，从而导致CPU的计算时间过长，于是就卡了
3. 点、面过多 ---- > 点、面过多，GPU 根据不同面的效果展开计算，并且CPU计算的数据也多，所以效果出来了，但是卡巴斯基
由于 Saved by batching 和 Drawcall 值过大所引起的卡的问题我所做的优化方式有：
1. 对于模型 ：Mesh 合并，有个不错的插件（DrawCall Minimizer ---> 直接上Asset Store 下载即可，免费的，而且有文档，很容易上手）
2. 对于UI : 尽量避免使用Unity3D自带的 GUI 换用 NGUI或者EZGUI；因为这两个UI插件对于UI中的图片处理是将UI图片放置在一个 Atlas 中，一个 Atlas 对应一个Drawcall
3. 对于灯光： 可以使用 Unity3D 自带的 Lightmapping 插件来烘焙场景中的灯光效果到物体材质上
4. 对于场景： 可以使用 Unity3D 自带的 Occlusion Culling 插件把静止不动的场景元素烘焙出来
4. 对于特效：尽量把材质纹理合并
对于Unity3D 在移动终端上支持的Drawcall 数到底多少，主要是跟机子性能有关的，当然也不是说值小性能就一定没问题（本人亲测，也有17就卡的，主要是模型材质纹理过大所引起的），目前我做的是70左右的，还OK，挺正常的
由于点、面过多所导致的性能问题，最好用简模，用四面体来做复杂的模型，但是面、点也别太多，至于Unity3D 到底支持多少点、面的说法各异，我也搞不懂，总之少些肯定OK
检测方式：
一，Unity3D 渲染统计窗口
Game视窗的Stats去查看渲染统计的信息:
1、FPS
fps其实就是 frames per second,也就是每一秒游戏执行的帧数，这个数值越小，说明游戏越卡。
2、Draw calls
batching之后渲染mesh的数量，和当前渲染到的网格的材质球数量有关。
3、Saved by batching
渲染的批处理数量，这是引擎将多个对象的绘制进行合并从而减少GPU的开销;
很多GUI插件的一个好处就是合并多个对象的渲染，从而降低DrawCalls ，保证游戏帧数。
4、Tris 当前绘制的三角面数
5、Verts 当前绘制的顶点数
6、Used Textures 当前帧用于渲染的图片占用内存大小
7、Render Textures 渲染的图片占用内存大小，也就是当然渲染的物体的材质上的纹理总内存占用
8、VRAM usage 显存的使用情况，VRAM总大小取决于你的显卡的显存
9、VBO Total 渲染过程中上载到图形卡的网格的数量，这里注意一点就是缩放的物体可能需要额外的开销。
10、Visible Skinned Meshes 蒙皮网格的渲染数量
11、Animations 播放动画的数量
注意事项：
1,运行时尽量减少 Tris 和 Draw Calls
预览的时候，可点开 Stats，查看图形渲染的开销情况。特别注意 Tris 和 Draw Calls 这两个参数。
一般来说，要做到：
Tris 保持在 7.5k 以下，有待考证。
Draw Calls 保持在 20 以下，有待考证。
2，FPS，每一秒游戏执行的帧数，这个数值越小，说明游戏越卡。
3，Render Textures 渲染的图片占用内存大小。
4，VRAM usage 显存的使用情况，VRAM总大小取决于你的显卡的显存。
二，代码优化
1. 尽量避免每帧处理
比如：
function Update() { DoSomeThing(); }
可改为每5帧处理一次：
function Update() { if(Time.frameCount % 5 == 0) { DoSomeThing(); } }
2. 定时重复处理用 InvokeRepeating 函数实现
比如，启动0.5秒后每隔1秒执行一次 DoSomeThing 函数：
function Start() { InvokeRepeating("DoSomeThing", 0.5, 1.0); }
3. 优化 Update, FixedUpdate, LateUpdate 等每帧处理的函数
函数里面的变量尽量在头部声明。
比如：
function Update() { var pos: Vector3 = transform.position; }
可改为
private var pos: Vector3; function Update(){ pos = transform.position; }
4. 主动回收垃圾
给某个 GameObject 绑上以下的代码：
function Update() { if(Time.frameCount % 50 == 0) { System.GC.Collect(); } }
5. 优化数学计算
比如，如果可以避免使用浮点型(float)，尽量使用整形(int)，尽量少用复杂的数学函数比如 Sin 和 Cos 等等
6，减少固定增量时间
将固定增量时间值设定在0.04-0.067区间（即，每秒15-25帧）。您可以通过Edit->Project Settings->Time来改变这个值。这样做降低了FixedUpdate函数被调用的频率以及物理引擎执行碰撞检测与刚体更新的频率。如果您使用了较低的固定增量时间，并且在主角身上使用了刚体部件，那么您可以启用插值办法来平滑刚体组件。
7，减少GetComponent的调用
使用 GetComponent或内置组件访问器会产生明显的开销。您可以通过一次获取组件的引用来避免开销，并将该引用分配给一个变量（有时称为"缓存"的引用）。例如，如果您使用如下的代码：
function Update () {
transform.Translate(0, 1, 0);
}
通过下面的更改您将获得更好的性能：
var myTransform : Transform;
function Awake () {
myTransform = transform;
}
function Update () {
myTransform.Translate(0, 1, 0);
}
8，避免分配内存
您应该避免分配新对象，除非你真的需要，因为他们不再在使用时，会增加垃圾回收系统的开销。您可以经常重复使用数组和其他对象，而不是分配新的数组或对象。这样做好处则是尽量减少垃圾的回收工作。同时，在某些可能的情况下，您也可以使用结构（struct）来代替类（class）。这是因为，结构变量主要存放在栈区而非堆区。因为栈的分配较快，并且不调用垃圾回收操作，所以当结构变量比较小时可以提升程序的运行性能。但是当结构体较大时，虽然它仍可避免分配/回收的开销，而它由于"传值"操作也会导致单独的开销，实际上它可能比等效对象类的效率还要低。
9，使用iOS脚本调用优化功能
UnityEngine 命名空间中的函数的大多数是在 C/c + +中实现的。从Mono的脚本调用 C/C++函数也存在着一定的性能开销。您可以使用iOS脚本调用优化功能（菜单：Edit->Project Settings->Player）让每帧节省1-4毫秒。此设置的选项有：
Slow and Safe – Mono内部默认的处理异常的调用
Fast and Exceptions Unsupported –一个快速执行的Mono内部调用。不过，它并不支持异常，因此应谨慎使用。它对于不需要显式地处理异常（也不需要对异常进行处理）的应用程序来说，是一个理想的候选项。
10，
优化垃圾回收
如上文所述，您应该尽量避免分配操作。但是，考虑到它们是不能完全杜绝的，所以我们提供两种方法来让您尽量减少它们在游戏运行时的使用：
如果堆比较小，则进行快速而频繁的垃圾回收
这一策略比较适合运行时间较长的游戏，其中帧率是否平滑过渡是主要的考虑因素。像这样的游戏通常会频繁地分配小块内存，但这些小块内存只是暂时地被使用。如果在iOS系统上使用该策略，那么一个典型的堆大小是大约 200 KB，这样在iPhone 3G设备上，垃圾回收操作将耗时大约 5毫秒。如果堆大小增加到1 MB时，该回收操作将耗时大约 7ms。因此，在普通帧的间隔期进行垃圾回收有时候是一个不错的选择。通常，这种做法会让回收操作执行的更加频繁（有些回收操作并不是严格必须进行的），但它们可以快速处理并且对游戏的影响很小：
if (Time.frameCount % 30 == 0)
{
System.GC.Collect();
}
但是，您应该小心地使用这种技术，并且通过检查Profiler来确保这种操作确实可以降低您游戏的垃圾回收时间
如果堆比较大，则进行缓慢且不频繁的垃圾回收
这一策略适合于那些内存分配 (和回收）相对不频繁，并且可以在游戏停顿期间进行处理的游戏。如果堆足够大，但还没有大到被系统关掉的话，这种方法是比较适用的。但是，Mono运行时会尽可能地避免堆的自动扩大。因此，您需要通过在启动过程中预分配一些空间来手动扩展堆（ie，你实例化一个纯粹影响内存管理器分配的"无用"对象）：
function Start() {
var tmp = new System.Object[1024];
// make allocations in smaller blocks to avoid them to be treated in a special way, which is designed for large blocks
for (var i : int = 0; i < 1024; i++)
tmp[i] = new byte[1024];
// release reference
tmp = null;
}
游戏中的暂停是用来对堆内存进行回收，而一个足够大的堆应该不会在游戏的暂停与暂停之间被完全占满。所以，当这种游戏暂停发生时，您可以显式请求一次垃圾回收：
System.GC.Collect();
另外，您应该谨慎地使用这一策略并时刻关注Profiler的统计结果，而不是假定它已经达到了您想要的效果。
三，模型
1,压缩 Mesh
导入 3D 模型之后，在不影响显示效果的前提下，最好打开 Mesh Compression。
Off, Low, Medium, High 这几个选项，可酌情选取。
2,避免大量使用 Unity 自带的 Sphere 等内建 Mesh
Unity 内建的 Mesh，多边形的数量比较大，如果物体不要求特别圆滑，可导入其他的简单3D模型代替。