Zugalu娱乐公司如何将《繁荣：重压之冠》的RAM使用量从20GB减少到500MB：《重压之冠》

繁荣：《重压之冠》是一款具有实时战略元素的中世纪城市建设者。在这款游戏中，王国的命运取决于玩家做出的每一个决定，具有单人和合作多人功能。玩家可以战略性地扩展他们的领土和王国，然后在大地图上进行建设。

当团队开始开发这款产品时，他们在提高性能方面遇到了障碍。经过广泛的测试，他们了解了瓶颈所在，以及他们需要做什么——构建一个动画烘焙系统和a自定义植被系统。以下是他们如何增强游戏中的角色动画。

繁荣：重压之冠：Unity案例研究

一个工作室如何在动画数百个角色的同时优化性能？

随着游戏的成型，Zugalu娱乐团队清楚地意识到，性能将是他们最大的挑战。他们的目标是一个相当低的系统要求——NVIDIA GeForce GTX 750 Ti 显卡作为 GPU 和一个四核处理器，这是一个具有四个独立单元称为核心的芯片，用于读取和执行 CPU 指令。

“任何时候你想要针对一个系统，首选的帧率是 60 fps。”“我们的系统中有一些部分我们无法真正改变，这些部分占用了大量的性能，所以我们必须从任何可以的地方寻找提升，”Zugalu Entertainment 的首席概念艺术家和技术艺术家 Jackie Li 说。

在他们寻找提升性能的领域时，他们决定大量的角色动画是必须修复的，因为它们使用了大量的 RAM，并导致许多玩家系统崩溃。

结果

• 将 RAM 使用量从 20 GB 缩减到 500 MB
• 同时在屏幕上动画化数千个角色
• 将角色绘制调用的数量从 1000 减少到 20 个实例化绘制调用
• 将性能从 GTX 750 Ti 显卡上的大约 3.5 毫秒提升到 2080 Ti 显卡上的 0.35 毫秒

从顶点迁移到骨骼烘焙

为了优化角色动画过程，团队建立了一个动画烘焙系统。他们需要在屏幕上同时显示数百个动画角色，最初考虑了顶点动画资产解决方案。这对他们的 VRAM 和 RAM 使用来说是一个巨大的问题。他们找不到其他解决方案，所以决定构建自己的。

对于动画系统，团队开始使用顶点烘焙，这涉及到将他们动画的所有关键帧数据按顶点烘焙。“一个纹理将包含一个动画，但该动画的纹理大小相当大。内存成本是顶点数量乘以烘焙帧数的一个因素。所以，5000 个顶点乘以 100 帧将是一个 6 MB 的纹理，采用 32 位浮点 RGB 格式，”Li 说。“当你需要许多不同的动画乘以大量不同的角色时，内存成本开始变得极端。”

他们需要大幅减少它，但仍然保持使用 GPU 加速动画的能力。他们决定迁移到骨骼烘焙，这提供了一种简单的方法来使用更少的数据，因为 Unity 的网格渲染器使用骨骼来转换顶点。

“我们所需要做的就是将网格蒙皮过程，即将3D网格绑定到骨架或装配上，允许网格在骨架动画时真实变形和移动，然后将其转移到GPU上，”Zugalu娱乐的首席技术官Garrett Hau说。

然后他们将每帧的骨骼变换烘焙为纹理。烘焙这种信息节省了他们大量的内存。“通过骨骼烘焙，具有相同骨骼结构的不同角色可以共享烘焙的动画数据。我们有像农民和工人这样的角色，他们的骨骼结构是相同的。我们在多个角色之间重用相同的烘焙数据，以获得更多的节省，”Li解释道。

最后，尽管游戏中有大量的角色和动画，他们将RAM使用量从20GB减少到500MB。

受益于GPU实例化

在动画方面，团队专注于皮肤渲染，应用材料、着色器和纹理到网格上，以模拟皮肤颜色、阴影和纹理。Li解释说，“进行基于GPU计算的皮肤渲染的一个好处是我们可以访问GPU实例化。我们不是一次渲染一个角色，每个角色都是一个单独的绘制调用，而是使用一个绘制调用渲染多个具有不同动画的角色。”

这是可能的，因为他们将动画数据、纹理打包成一个单一的纹理数组。这对GPU来说看起来像一个单一的纹理。“使用一个绘制调用渲染每个角色是可能的，但为了更灵活，我们只有四个共享骨骼的角色。”

在从顶点烘焙迁移到骨骼烘焙时，团队将角色绘制调用的数量从1000减少到20个实例化绘制调用。“顶点烘焙很困难，因为每个单独的子网格被视为不同的。”一个角色可能有多个部分，每个部分都会有一个绘制调用，"Hau说。

在骨骼烘焙中，这取决于游戏中有多少种不同类型的角色。每个角色最多会是一个绘制调用，因为它将所有子网格合并为一个网格。"例如，"Hau解释道，"即使屏幕上有10种不同类型的角色，每个角色都有多个子网格，绘制调用也只有10个。"

构建矩阵变换

学习网格蒙皮帮助团队克服了他们的大动画障碍。他们使用Unity API来帮助他们。

要获取骨骼变换，他们访问了SkinnedMeshRenderer.bones.的公共属性。此API返回一个变换数组，包含与其他GameObject变换相同的信息。为了性能测量，他们使用了Unity Profiler的自动检测功能，检测在本地网络上运行的开发构建。这使他们能够在最低要求的系统上对游戏进行分析，同时从主计算机工作。

性能测试团队还应用了 ProfilerMarker.Begin()和ProfilerMarker.End() API来采样每帧的性能。这些可以通过创建一个ProfileMarket.struct来使用，然后在他们想要测试CPU计时的地方插入之前的两个方法调用。然后这个结果出现在Unity Profiler中。

Li说，"Unity的API非常棒。它们帮助使开发的某些部分无缝。"团队遇到的一个bug是与GPU中的坐标空间有关。“我们获得了世界空间，但我们需要骨骼空间。”

在烘焙过程中采样骨骼变换的帧时，他们需要相对于初始骨骼位置的变换，称为绑定姿势。为此，他们构建了一个矩阵变换。首先，他们从 SkinnedMeshRenderer.sharedMesh.bindposes 中获取绑定姿势矩阵。然后，他们将骨骼的世界变换矩阵与绑定姿势变换矩阵相乘（例如，boneTransform.localToWorldMatrix * bindpose）。

轻松创建着色器

在制作动画着色器时，团队选择了 Shader Graph。“这是 Unity 创建着色器的解决方案，无需深入理解着色器代码本身。这非常方便，因为我们不需要自己重写整个着色器，”Hau 说。

对于网格蒙皮，他们必须进行大量的着色器数学，而 Shader Graph 提供的节点使他们能够完成这一任务。Li 解释说，“这是纹理采样和矩阵数学。如果你想的话，你也可以使用 Unity 的自定义函数节点来编写代码。”

对于编辑器工具，动画导演有特定的要求来烘焙动画，因为他自己创建了所有动画。“使用 C# 和 Unity 的 API，开启和关闭着色器的插值非常简单。他们还帮助我们更改要烘焙的骨骼数量和要烘焙的帧数，”Li 说。“用户友好的 Inspector API 使这些编辑器功能能够轻松添加到烘焙工具中。”

保持乐观和专注

在一天结束时，尽管游戏开发充满了起伏，团队将GPU性能从GTX 750 Ti显卡的约3.5毫秒提升到2080 Ti显卡的0.3毫秒。

正如李所说：“我们对性能节省和游戏的最终效果感到非常兴奋。”

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