最近1个月做了unity 次世代开发的一些程序方面的支持工作,当然也是基于物理渲染相关的,主要还是skyshop marmoset的使用吧,他算是unity4.x版本 PBR的优秀方案之一了
但在使用以及性能上,还是多少有些坑和不足,这里也是自己的一些心得吧,希望可以其他对这个方案有兴趣的朋友起到一些帮助。

 

一、遇到了fps降低的BUG

国庆节前的老版本工程和最新的工程版本运行起来没任何区别,但新版本在真机上的的运行效率有问题,只有7.5fps
开发和运行环境,
XCode6.1 IOS8.1
IPad Air 分辨率 2048x1536
Graphic level GLES 3.0


图1 老版本的运行截图,为了能做参考,我这里把新版本的场景文件拷贝到老工程里


新版本相同的场景就只有不到8FPS

然后对两个版本用Xcode做了分析,旧版本fps analyze

新版本fps analyze,同样的shader消费的ms是老版的5倍

发现bug后,尝试定位问题
1 一开始认为是marmoset版本问题,但用老版本完全覆盖,fps并没有提升
2 删除和场景资源相关外的所有资源,重新build后,fps就恢复了,不过这种解决方法应该是无非接受的

目前临时的解决方法,把老工程的ProjectSettings里的文件替换过好了,具体的原因还要继续排查。

另外有一些版本的SkyShop的Mobile shader没有gles3.0的支持,需要在给所有场景里使用的Marmoset的shader里添加关键字
#pragma surface MarmosetSurf MarmosetDirect vertex:MarmosetVert exclude_path:prepass noforwardadd approxview
#pragma only_renderers d3d9 opengl gles d3d11 d3d11_9x gles3
好早marmoset的是UberShader的设计,所以只要改几个就好了。

要unity支持es3.0的话,需要在设置Player Settings.. 的图形等级里选择 Automatic或强制gles3.0。

如果只用es2.0的话,因为unity会使用texCube或texCubeBias来替换texCubeLod,没有lod的支持,使用cubemap的mipmap来实现粗糙度的功能就会受到影响

最终渲染画面里可能会看不到材质的粗糙度表现。

如果把这个bug解决的话,那么性能评估应该和10.1前的报告一样,IPad Air 可以承受的是全屏,100Draw Call的支持IBL材质物体的绘制,另外有IBL的shader的瓶颈

应该是在pixel shader上,如果1,2个IBL材质占满整个2048x1536屏幕的话,一样会有潜在的瓶颈问题产生。

二、关于另外一个场景的问题解决

Draw Call可以先在Editor或联机Porfile里查看,一些设备不支持Unity Editor的GPU Profile,所以还是要用到Xcode

没做任何优化的前提下 draw call是592, GPU里两个占用最高的shader,9.8ms和7.94ms都是Terrain占用的(地形和他和阴影贴图),

另外关闭阴影后为289 drawcall,关闭地形后289->219(地形 70dc),关闭水面289dc->246dc(水面反射)

首先是Terrain,不论是shader还是dc都有些多,在Xcode的Frame view里,Terrain的绘制有不合理的地方,从截图场景来看,这种大小的地形需要70的draw call次数有些夸张了,另外就是shader上,如果是静态烘培阴影,应该是可以合并到一个shader里绘制的。建议还是从优化地形开始,降低dc,合并shader,如果u3d 的terrain没有优化的可能,不如就直接max里制作网格的地面来代替。

水面可以优化反射部分的实现,静态场景的反射可以预烘培到一张贴图里,而可以反射的部分,建议单独添加到一个layer里。降低dc数量。

摄像机的可视范围,角度,以及shader Lod的设置,在Xcode的分析中,一些极远位置的山体还是被绘制了,而且和近处的角色一样高质量的shader,这点用unity的内部设置应该就可以解决。另外这个demo摄像机的角度过低,导致远处的物体也都被渲染到,如果适当修改摄像机角度,例如传统的45视角,应该可以裁剪一部分场景物体。起到降低dc和ps填充率的作用。

三、关于Marmoset shader的改进意见

1。如果不使用skyshop的天空盒的动态功能的话,skymanager的update可以关闭

public void LateUpdate() {
            if(firstFrame) {
                if(_GlobalSky) {
                    firstFrame = false;
                    _GlobalSky.Apply(0);
                    _GlobalSky.Apply(1);
                    if(_SkyboxMaterial) {
                        _GlobalSky.Apply(_SkyboxMaterial, 0);
                        _GlobalSky.Apply(_SkyboxMaterial, 1);
                    }
                }
            }
            #if UNITY_EDITOR
            if(!Application.isPlaying) return;
            #endif

直接在 #if UNITY_EDITOR前面返回return就可以了,这样可以节省skymanager的Update的cpu消耗和GC。

2 GlossyMap的使用,之前为了解决7FPS的问题时,尝试的一种解决方案,在Anylaze里直接修改textureLod的参数

tmpvar_40 = textureLod (_SpecCubeIBL, lookup_38.xyz, lookup_38.w);

例如

tmpvar_40 = textureLod (_SpecCubeIBL, lookup_38.xyz, 1);,

这样效率可以提高1倍以上

分析可以看下图


  highp
float glossLod_36;
  glossLod_36 = tmpvar_27;
  mediump
vec4 spec_37;
  mediump
vec4 lookup_38;
  highp
vec4 tmpvar_39;
  tmpvar_39.xyz = ((v_33.xyz * tmpvar_32.x) + ((v_34.xyz * tmpvar_32.y) + (v_35.xyz * tmpvar_32.z)));
  tmpvar_39.w = glossLod_36;
  lookup_38 = tmpvar_39;
  lowp
vec4 tmpvar_40;
  tmpvar_40 = textureLod (_SpecCubeIBL, lookup_38.xyz, lookup_38.w);

上面是还没有做任何修改的shader,lod,也就是lookup_38.w还是根据glossy map的值,在shader里计算得出


  tmpvar_39.w = glossLod_36;
  lookup_38 = tmpvar_39;
  lowp vec4 tmpvar_40;
  tmpvar_40 = textureLod (_SpecCubeIBL, lookup_38.xyz, 1.0);

在shader里直接传一个const值的方法,热更新后可以看到shader消费的ms和之前有一定的减少。

不过重新启动游戏的话,ms有了40%左右的减少,这是因为IOS做的优化,如果lod在shader运行前已经确定的话,会直接pre fetch制定的texture,就不需要在每个pix shader里重新执行一次采样了。
所以,glossy map建议适量使用,一些不需要细节的材质可以直接用一个恒定的roughness参数替代。

还有就是关于pbr shader算法的优化,marmoset自己内部有MARMO_HQ的关键字,通过切换可以实现一定程度的优化,先是两种质量的对比

MARMO_LQ

MARMO_HQ 差别在shader的精确度上,以及出射光的亮度上

MARMO_HQ的用处,对向量的规格化,起到类似能量守恒的作用,Fresenl函数的算法选择,使得渲染的出射光总量更符合物理效果
//self-shadowing blinn
#ifdef MARMO_DIFFUSE_DIRECT
    spec *= saturate(10.0*dp);
#else
    spec *= saturate(10.0*dot(N,L));
#endif
#ifdef MARMO_DIFFUSE_DIRECT
    spec *= saturate(10.0*dp);
#else
    spec *= saturate(10.0*dot(N,L));
#endif
#ifdef MARMO_HQ
    localN = normalize(localN);
#endif    
以上是shader代码里一些规格化设置的样本。

shader里还有其他一些可优化点

例如Specular Intensity,Sharpenss,fresnel Strength,并不是pbr Material的标准参数,一般只需要roughness或glossy map里选择其一做粗糙度参数就可以
而其他参数去掉可以减少一部分shader的计算量

前面提到的glossymap和roughness的切换,需要shader支持,编辑器也要做一定的修改。

fresenl 反射方程,marmoset提供了的 splineFresnel和fastFresnel的两种方法,但实际的计算量还是比较多,根据GDC2014上的unity5的方案,可以换成简单的pow 4次方的形式。 确定TextureCubeLod的方向和lod值的算法上也优化的空间。

UberShader的设计是一个优点,在开发的时候可以减少很大的工作量,实际运行时,创建和编译shader数量也很少,方便分析和定位shader的问题,和在Xcode里进行优化调试。

另外就是marmoset的skymanager部分,还是需要修改的,他本来的设计目的是基于天空盒来生成IBL使用的Cubemap,而真正的IBL光照是基于周围环境来生成,所以,skyshop这种整个场景统一一张cubemap的方法,在真实性和效果上还是很值得斟酌的,它的IBL的生成和管理接口对做游戏来说也不是很方便,优点就是它提供了编辑器和cumbemap生成部分的全部代码,不论是扩展还是修改bug,都是可行的。

unity4.x的版本里,在移动端是无法支持延迟渲染方法的,所以对场景里的光源限制会比较严格,一盏方向光就是极限了,其他烘托场景的用的点光源,就只能使用lightmap了 而lightmap的具体算法,也是要用户自己实现的,Marmoset在MarmosetDirect.cginc里实现了directional lightmap lighting的实现,LightingMarmosetDirect_DirLightmap 这个的命名是要按照unity custom shader的规范来命名,就可以在unity渲染管线里自动被识别,如果想优化,或者要支持Dual lightmap等其他类型的liaghtmap,最好还是自己提供优化的方法。希望我们自己的项目里,将来能提供TBDR的支持来达到大量光源的支持。

最后考虑还是要和UE4的移动产品做一下竞品对比的:

UE4的Sum Temple项目是个很好的参考,gles2.0的图形规格下,也能获得很好的效果

UE4 mobile的图形规格,简单来说就是一个Directional light+distance shadow来生成光照和阴影,其他的场景明暗和各种颜色灯光的亮度由lightmap来实现,

IBL方面,可以为通过设置RefelctCapture,给制定区域内的对象生成IBL,同一场景内可以使用多个cubemap的实现(ppt里说他在移动端是使用了一个统一的cubemap,这点需要后面直接对它的工程做真机剖析了)。另外也有bloom+AA+light shaft+dof等的后处理效果,但因为图形规格的限制,ES2.0版本是没有真实HDR的支持的。

接下来我会准备一篇针对UE4渲染和优化方法的分析。

四,总结

通过这次U3D的PBR的实验,在IPAD Air和K1这种硬件级别的机器上,制作PBR的游戏还是没有问题的,一开始担心视网膜屏的填充率问题,在实际测试中,还是可行的,但需要整个开发团队有一定的优化意识,才能在整个上保证一个良好的运行效率,比如支持IBL的分配,而且游戏制作方面,也要考虑什么样的游戏类型,才能发挥PBR渲染的优势,特别是间接照明对游戏场景品质的提升(消费最高的IBLshader支持的是间接照明的高光部分)。还有就是多使用unity的batch功能,尽量降低dc和关于shader状态切换等等,另外可惜的是,因为之前7fps bug的问题,这次没有时间把unity的post effect部分实现,个人考虑是可以把ue4的这部分实现移植过来, UE4对U3D可以起到很好的竞品作用,在今后的PBR效果和效率的测试和优化中,一定的对比分析和借鉴,也是很有帮助的。

unity3d 基于物理渲染的问题解决的更多相关文章

  1. Unity3d 基于物理渲染Physically-Based Rendering之最终篇

    前情提要: 讲求基本算法 Unity3d 基于物理渲染Physically-Based Rendering之specular BRDF plus篇 Unity3d 基于物理渲染Physically-B ...

  2. Unity3d 基于物理渲染Physically-Based Rendering之specular BRDF

    在实时渲染中Physically-Based Rendering(PBR)中文为基于物理的渲染它能为渲染的物体带来更真实的效果,而且能量守恒 稍微解释一下字母的意思,为对后文的理解有帮助,从右到左L为 ...

  3. Unity3d 基于物理渲染Physically-Based Rendering之实现

    根据前文的例子http://blog.csdn.net/wolf96/article/details/44172243(不弄超链接了审核太慢)弄一下真正的基于物理的渲染逃了节课= =,弄了一下.公式和 ...

  4. 基于物理渲染的渲染器Tiberius计划

    既然决定实现一个光栅化软件渲染器,我又萌生了一个念头:实现一个基于物理渲染的渲染器.

  5. 个人翻译的cedec2010基于物理的光照

    作为自己介绍基于物理渲染计划的一部分,在自己总结和发布的同时,也会翻译一些国外的优秀资料做推广    本文是Tri Ace 在 cedec2010上发布的文章,主要描述了他们基于物理光照的实现方法,这 ...

  6. 基于物理的渲染——间接光照

    在前面的文章中我们已经给出了基于物理的渲染方程: 并介绍了直接光照的实现.然而在自然界中,一个物体不会单独存在,光源会照射到其他的物体上,反射的光会有一部分反射到物体上.为了模拟这种环境光照的形式,我 ...

  7. PBR(基于物理的渲染)学习笔记

    PBR基本介绍 PBR代表基于物理的渲染,本质上还是 gl_FragColor = Emssive + Ambient + Diffuse + Specular 可能高级一些在考虑下AO也就是环境光遮 ...

  8. PBR:基于物理的渲染(Physically Based Rendering)+理论相关

    一: 关于能量守恒 出射光线的能量永远不能超过入射光线的能量(发光面除外).如图示我们可以看到,随着粗糙度的上升镜面反射区域的会增加,但是镜面反射的亮度却会下降.如果不管反射轮廓的大小而让每个像素的镜 ...

  9. PBR(基于物理的渲染)学习笔记2

    相关资料 https://www.cnblogs.com/dojo-lzz/p/13237686.html 文档:PBR学习笔记.note 链接:http://note.youdao.com/note ...

随机推荐

  1. 数字型 、String字符串转换

    Java代码 收藏代码 String str = "1,2,3,4,5,6" public int[] StringtoInt(String str) { int ret[] = ...

  2. 调试工具GDB详解

    1 简介 2 生成调试信息 3 启动GDB 的方法 4 程序运行上下文 4.1 程序运行参数 4.2 工作目录 4.3 程序的输入输出 5 设置断点 5.1 简单断点 5.2 多文件设置断点 5.3 ...

  3. wp8 入门到精通 线程

    Dispatcher.BeginInvoke(() => MessageBox.Show(String.Format("A push notification {0} error oc ...

  4. acm常用术语

    OJ是Online Judge系统的简称,用来在线检测程序源代码的正确性. Accepted (AC) : OK! Your program is correct! Presentation Erro ...

  5. JVM的生命周期

    package test; public class JVMTestLife { public static void main(String[] args) { new Thread(new Run ...

  6. 武林[HDU1107]

    武林 Time Limit: 10000/5000 MS (Java/Others)    Memory Limit: 65536/32768 K (Java/Others)Total Submiss ...

  7. IE6/7/8兼容问题、时间对象返回NAN

    IE浏览器不支持new Date()带"2,31,2013"这样格式的参数,要换成“2/31/2013”.'2013-05-05'.replace(/-/g,'/')

  8. Java IO操作

    转自:http://www.cnblogs.com/jyan/articles/2505791.html Johnny Yan的博客 1 InputStream类型 InputStream的作用是标志 ...

  9. WIN7启动WIFI

    启动虚拟无线AP netsh wlan set hostednetwork mode=allow ssid=WIFI_NAME key="abcdefgh" netsh wlan ...

  10. 【BZOJ】1055: [HAOI2008]玩具取名(dp)

    http://www.lydsy.com/JudgeOnline/problem.php?id=1055 我竟然都没往dp这个方向想.....百度了下看到标题是dp马上就会转移了QAQ... 设d[i ...