使用Xcode GPU Frame Caputre教程



使用Xcode GPU Frame Caputre教程

http://blog.manbolo.com/2012/11/20/using-xcode-opengl-es-frame-capture 这里是原文，因为它版本比较老和它demo的限制，所以也想写一个基于Xcode6上基于3d渲染的分析的教程

  Xcode和Visual Studio的一个主要差别，还是再Xcode有一套免费的的性能工具，例如Instruments，不过对于图形程序员来说，Xcode最强大的功能还是可以捕获和分析OpenGL ES和最新Metal framewrok的Frame。这个工具叫GPU Frame Capture（Xcode6.x）,可以查看OpenGL和Metal的缓冲，以及GLES Shader和Metal shader。这里也是一个如何再你的App上运用它的快速教程。

  教程里的例子和代码来源于UE4的Sun Temple 工程和Apple开发者网站上的MetalDeferredLighting工程

  https://developer.apple.com/library/ios/samplecode/MetalDeferredLighting/Introduction/Intro.html

1 设置 GPU Frame Capture

这里是Apple开发文档上关于GPU Frame Capture的简介，

https://developer.apple.com/library/ios/documentation/ToolsLanguages/Conceptual/Xcode_Overview/chapters/about.html 如果要使用这个功能，至少要是Xcode4.5以上（Metal的话必须是Xcode6.x），而且必须是在真机上，并连接运行Xcode的Mac，如果渲染api是metal frame的话，必须是ios8的系统，iphone5s，ipad air，级别的设备上。

 另外需要把GLKit或OpenGL Framework加入到代码里，然后在菜单选择Product > Manage Schemes，双击你的app的Scheme，然后进入编辑

点击Run这个scheme，然后在Options的标签上设置GPU Frame Capture,默认打开是Automatically Enabled，不过因为GLES和Metal同时存在的缘故，建议强制设置为OpenGL ES或Metal（例如基于UE4的app）。 

2 捕获 Frame

然后你就可以捕获你要调试的app的Frame了，在Debug模式下运行App (Product > Run or ⌘R)，当你的app在真机上完全加载后，就可以进入 Debug Navigator  (View > Navigators > Show Debug Navigator，或直接点击左侧代码栏上的小图标)，再点击Debug Navigator上的FPS标签

例如下图，你可以看到你的App的更新的FPS显示，以及左侧不同的测试项目，而程序员的目标就是让它达到60FPS,而我们的Sun Temple这个时候只有26FPS左右，需要我们找到性能的瓶颈

在编辑器里，我们可以看到CPU和GPU的消耗时间毫秒数，如果想要达到60 FPS，那么CPU和GPU时间应该只有16毫秒，30FPS的话是32毫秒，而这里例子里，CPU消耗38有些超过限制了。

从这里可以看出，我们的主要瓶颈不在GPU上，而是在我们的代码调用上，为了获得更好的信息，我们可以捕获一个gputrace，来查看每帧渲染内部的具体流程，我们在Debug的输出窗口上，点击照相机图标获取整个Frame。

点击Capture Frame图标后（根据程序的大小捕获需要等几～十几秒），你就可以在Debug Navigator里访问OpenGL或Metal的Frame了

而在移动设备上，你可以看到程序显示的事当前捕获的那帧，并暂停了，在Debug Navigator上，如果你把不同的图标展开，也可以看到捕获Frame内部的OpenGL／Metal调用，Debug Navigator会把与这帧（包括你的代码调用栈）关联的每一个Draw Call和State Call都显示在编辑器面板上，而State的信息，也会显示在下方的Debug面板上。

如果你没有看到Object面板的话（蓝框部分），可以点击show assistant Editor，然后选择想显示的类型，如果Mac设备不是太好，而游戏又是类似UE4这种大型图形程序，选择All需要慎重。

你可以通过在整个buffer面板上右键选择Show／Hide Draw Call Highlight，把当前draw call绘制的三角面用亮绿色高亮出来。

3 查看OpenGL／Metal的对象

在assistant编辑窗口，你可以访问OpenGL对象，例如Buffer，VAO，以及绑定或未绑定的Texture，还有shader programes：

可以查看Array Buffer里的内容

点击Shader，会显示对应的shader源代码

这样就可以很简单的获得所有的shader代码了

4 性能的改善

为了方便考虑，这里使用的之前u3d上一个IBL的优化案例，Cpature GPU Frame后，从图中可以看到，这个app的瓶颈主要在GPU上的某个shader

那么我们需要对这个shader做优化，在这个program上双击，可以在辅助编辑器窗口看到shader代码（可惜的是，UE4和Unity3d的shader都是用glsl-optimizer优化过的，可读性并不是那么高了）

这里的textureLod是有些消耗的，第3项lod值是用来索引CubeMap的mip，来实现IBL材质的粗糙效果，这个我们把它改为1.0

点击左下角的刷新图标。然后就可以看到修改后的效果，下图中，蓝色的修改前的情况，绿色是当前的情况，修改为1.0后效率提高的原因，是如果一开始lod是定值的话，texture就再shader运行前pre fetch，就需要再每个像素的pixelshader里重复加载这个cubemap里，从而起到了优化的作用

 

然后，你可以回到Unity或UE4里，对shader源代码再做一次修改，就起到了优化的作用了

5 保存和分享捕获的Frame

最后，你可以导出和保存你捕获的GPU Frame,不需要源代码，就可以把它分享给其他人，例如一个可以电话帮你解决的OpenGL或Metal的专家

只是这种保存方式比较尴尬，目前还没有更好的方式来保存，特别是在Xcode6.x版里。首先在菜单里选择Navigator>Open in..

点击左侧的＋的符号，然后给UE4Game.gputrace创建一个新的窗口

在新创建的窗口的（*.gputrace）的文字上右键 

你可以看到上图第2个com.apple.dt.xxxxx里保存的就是.gputrace临时保存的位置了，你可以把它保存到你的其他目录下，如果你想重新打开或分享给其他人，只需要连接移动设备到你的Mac，并双击这个*.gputrace,然后可以在编辑器里看到下图的对话框：

点击Replay Trace，然后就会进入这个文件的保存的Frame模式里，非常方便

下篇应该就是UE4 SunTemple的教程了