[官方培训] 22-UE资产优化 | Epic 肖月

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• 目标：面向TA / 美术，不影响视觉的前提下，优化运行和编辑效率
• 引擎：UE5.1 延迟管线（不涉及GamePlay、游戏交互逻辑、前向渲染）
• 平台：支持 Namite/Lumen 等影视级特性的主流 PC，Windows 10 with DX12

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一. 性能查看

1.1 整体指标

1. 在编辑器控制台命令行中，输入 Stat FPS，可以看到当前场景运行的 FPS 帧率，以及可以换算过来的实际生成每帧画面具体用了多少 ms 毫秒

 

2. 在做具体的性能优化前，需关闭项目设置中的 Smooth Frame Rate，以防在场景区域的优化检查时，掩盖一些问题

 

3. 使用 Stat Unit，对帧率和耗时做进一步拆解

 

 

1.2 瓶颈定位

1. 根据 Stat Unit 的拆解：

1. Game：CPU 的游戏线程，如场景中 Actor 物体位置变换、用户逻辑交互、动画及物理相关计算内容
2. Draw：渲染线程，CPU 为 GPU 做绘制前的数据准备
3. GPU：显卡实际绘制的消耗

 

2. 三个线程有大部分的并行内容，根据线程耗时对比（哪部分的消耗和最终 Frame 消耗最接近），定位瓶颈

 

3. 使用 Stat UnitGraph，在一定的时间窗里绘制几个线程的消耗变化，方便在场景中变化视角，排查问题

 

4. 假设瓶颈在渲染线程：

1. 通过 Stat SceneRendering 查看实际消耗

• InitViews：物体可见性剔除时的消耗
• GatherRayTracingWorldInstances：收集 Lumen 场景光线追踪的消耗
• Mesh draw calls：CPU 生成的模型 DrawCalls 数量
• Decals/Lights in scene：场景中贴花/灯光数量

2. 通过 Stat InitViews查看剔除消耗

• View Visibility：判断物体是否在视窗内的计算消耗
• Occlusion Cull：判断物体是否被前后遮挡的计算消耗
• Processed Primitives：场景中被处理的 Primitive 总数
• Frustum Culled Primitives：被视锥剔除的 Primitive 数量
• Occluded Primitives：视锥剔除后，预计算可视性 + 软件遮挡剔除 + HZB剔除总数量

 

3. 当硬件显存不高时，通过 Stat RHI查看各 buffer 在显存中的占用，对应缩小项目纹理大小或灯光阴影质量

• Texture Memory 2D：包含材质中的纹理、顶点 Buffer 的存储量等
• Render Target Memory 2D：包含渲染视图的 GBuffer、阴影贴图等
• DrawPrimitive calls：相较于 Stat SceneRendering中的 Mesh draw calls 还包括：贴花、阴影、后处理提交的 DrawCall 数量等
• DrawCall 是发送给 GPU 的渲染批次，一个 DrawCall 内是一组属性相同的多边形，渲染时通过同样的处理过程，不同平台上合适的 Drawcall 指标也大不相同
• DrawCall 是性能优化的一大重点（比控制面数更重要）

 

5. 假设瓶颈在 GPU 线程：

1. 通过 Stat GPU查看 GPU 绘制各个 Pass 的消耗

• Basepass：生成屏幕的 GBuffer 消耗
• Prepass：深度信息的预绘制
• Shadow Depth：阴影贴图的绘制消耗
• Lights：灯光的光照计算（Lumen 各部分消耗等）

 

2. 快捷键 Ctrl + Shift + ，（也可以通过 ProfileGPU 命令） 打开 GPU Visualizer，进一步查看 GPU 线程各环节消耗情况

 

1.3 引擎 Scalability 设置

1. 当引擎渲染质量开的过高时，编辑时会有卡顿现象，在编辑器调整 Scalabiity 等级，使画面质量快速降级，提高帧率，例如：

1. 当 Lumen 消耗过高时，对积压、反射降级

 

2. 开放场景中，物体三角面过多时，降级 View Distance，高强度剔除远处的物体

 

3. 内存有限时，降低纹理标准，以缩小 Streaming 纹理池尺寸（引擎根据纹理池上限，选择实际可行的精度 Mip 加载）

 

 

二. 分模块优化

2.1 模型

1. Culling 剔除：只提交实际可见的 primitive 进行渲染绘制，前后遮挡与视窗外影响不大的模型尽可能的剔除

1. 非 Nanite 物体：逐物体 Component 组件 / Instance 实例剔除

• 通过 Stat InitViews 查看性能消耗（如：View Visibility、Occlusion Cull 等实际剔除的计算量过大，可以考虑把模型做一定的合并）

 

• 通过 r.VisualizeOccludedPrimitives 1 查看被遮挡物，距离剔除的计算在遮挡剔除之前，大场景优化，按视觉重点设置不同物体的剔除距离（如：场景中的小道具、地平线的小植被等，都可以通过距离剔除提前的优化掉）

 

2. Nanite 物体：逐 Cluster 剔除（效率效果更高）

• 剔除单位细化到模型内部相邻三角面组成的 Cluster，且剔除工作大部分是在 GPU 上高速完成

 

• 在 Nanite Visualization > Overview 视口，查看整体

 

• 在 Nanite Visualization > Clusters 视口，查看 Clusters 剔除（不同颜色的 Clusters 是在提交渲染前做剔除的最小单位，随着相机视角变化，三角面的 Cluster 被重新计算，从而大大减少实际进行光栅化绘制的三角面）

 

2. Drawcall：合理化场景模型的拆分，单个模型通过优化材质数量减少 DrawCall

1. DrawCall 的划分：

• 场景中，不同的 Object 物体、Component 组件等都会被划分为不同的 DrawCall
• 模型内，不同的 LOD 层级、材质等也被划分为不同的 DrawCall
• ISM 植被类静态网格体的 Instance 实例，HISM 植被按全场景的种类和 LOD 拆分（效率更高）

 

2. 大场景模型的拆分建议：

1. 非 Nanite 模型：

• Culling 剔除效果和 Drawcall 数量间平衡（模型过于细碎，导致 Drawcall 数量过多，影响性能；模型合并的过大，又容易剔不除小物件，造成渲染资源浪费）
• PC 平台不要提早优化，从模块化的模组物件做起，后期看情况快捷合并

• 多用 Instance 实例（以黑客帝国的项目为例，整个工程单独的模型数量不多，通过程序化拼接场景，即使是百万级别的 Instance，对 Drawcall 的负担也不会太重）

 

2. Nanite 模型：

• （开启了 Nanite，模型的 DrawCall 划分就会高效很多）同类材质可高效合批
• 主要从加载效率、内存占用等方面考虑模型拆分（以黑客帝国的项目为例，横跨整个场景的立交桥，柱子、护栏等可用模组拼接，有弧度的桥面按 WorldPartition 的加载精度进行切割，一次只加载一个小方格内的模型）

 

3. 单个资产优化：

• 不论是否为 Nanite 模型，不同材质会被分为不同的 DrawCall，在美术层面，需要控制模型的材质插槽数量，或在远处低精度 LOD 上对材质做近一步简化与合并

 

3. Quad Overdraw：基于屏幕占比控制三角形密度，减少 Overdraw

1. 对性能的影响主要体现在 GPU 上，当模型的三角面密度超出像素精度过多（如：模型远离相机时，屏幕的占比缩小，一个像素内会包含多个三角形），造成光栅化过程的浪费

 

2. 引擎有自动 LOD 生成功能，及自动设置方案：

• 通过 Level of Detail Coloration -> Mesh LOD Coloration 视口，debug 当前场景中模型的 LOD 显示层级（无 LOD 设置则场景显示为灰色）

 

• 设置 LOD 后，模型会随相机视角变化，自动选取合适的 LOD

 

• 通过 Optimization Viewmodes -> Quad Overdraw 视口，定位场景中 Overdraw 较严重的区域（如：实例中的地面、房屋等绿色区域的三角面密度就偏高了）

 

• 在单个模型编辑器中，设置 LOD 数量，点击应用就可以自动生成多级 LOD

 

• 默认情况下，每级 LOD 会减少一半面数，但也可以根据具体的 LOD 层级，进一步调整减面

 

• 更简单的设置方案：分部件制定标准，在引擎目录的 Base Engine.ini 配置文件中设置，在模型编辑器中划分为不同的 LOD 组

 

• 在引擎内批量编辑 LOD 组

 

3. 模型优化：

• 按模型重要性、精度、类别等，合理设置 LOD（佷依赖美术经验）
• 甚至可能需要对 LOD 重新建模
• 模型开启 Nanite 提高性能，能用尽用（不再以物体为级别切换 LOD，无视觉跳变，更细致的三角形密度控制）

 

• 原则上，模型拓扑越均匀，Nanite 剔除处理效率越高（具体效果需要视模型外观而定）
• 在多层 Mesh 堆叠的情况下，Nanite 处理效率并不高，会造成大量 Overdraw，场景搭建时应尽量规避（Mesh 堆叠同样也会降低场景中 Lumen 光线追踪效率）

 

• 通过 Nanite Visualization -> Overdraw 视口，定位不合理的模型堆叠区域

 

• 模型内部减少穿插，组装场景前，使用 DCC 软件批量检查模型穿插，或在引擎内合并修复穿插

 

• 顶点数：减少不必要的 hard edge/光滑组，模型 UV 不宜切的过碎（从磁盘/内存占用角度，模型顶点数越少，顶点属性越少，存储效率越高，光滑组的拆分，由于多了法线存储从而增加了顶点数）

 

• 属性数：减少 UV sets，非必要不生成 Lightmap UV

 

4. UE5.1 版本的 Nanite 支持：

• 支持带 WPO 顶点动画的模型（相较于普通静态模型，仍有较大开销），开启 WPO 优化模式 r.OptimizedWPO，建议仅在必要时开启，并按相机距离设置，在材质内部简化 WPO 计算逻辑（如：把远处的植被风动动画，烘焙到 VAT 顶点动画贴图上，把复杂的逻辑计算简化到只做一次贴图采样）

 

• 支持 Masked 材质，但Masked 材质的性能消耗比 WPO 更大些（如：堡垒之夜项目中的树叶的表现，使用更高面模型替代 Masked 材质，详见：Bringing Nanite to Fortnite Battle Royale in Chapter 4）

 

 

2.2 材质与贴图

1. 材质纹理的消耗主要在GPU和内存上，通过 Optimization Viewmodes -> Shader Complexity 视口，衡量材质复杂度（红色及白色区域需要重点关注）

 

1. 半透明材质造成的开销居多（如：大量半透明粒子贴片叠加到相机前，虽然这些材质本身的计算并不复杂，但由于半透物体需多 Pass 进行渲染，材质的消耗迭代增长）

 

2. 材质指令数过高，同样影响材质复杂度，通过材质编辑器中的 Stats 查看材质用到的指令数

 

• 指令数不仅包含当前材质编辑器中用到的所有节点，还包含不同光照模型、不同复杂度的光照计算产生的指令数（毛发、眼睛、次表面材质等角色相关的指令数会偏高），（主流 PC 端）指令数的参考：

• 300+ 正常
• 500+ 优化
• 1000+ 尽量减少

 

• 优化材质指令数的建议：

• 避免使用一个复杂材质覆盖所有需求，合理规划好母材质，用 StaticSwitch 节点做材质分支
• 注意不同节点的指令数消耗不同

 

• 对于远景材质或光泽度不高的材质，可用 fully rough 简化，节省指令数

 

• 简化多 Pass 的半透明材质，粒子尽量使用 Unlit 无光照模式

 

2. 纹理贴图除了本身的材质指令消耗，还需要等待 Steaming 进来的时间，开销较大，优化建议：

• Pack 通道减少材质的贴图采样数（如：Substance 等材质制作软件都提供了 Pack 不同通道到少量贴图输出的格式）
• 压缩贴图可以大大减少显存的占用
• 极个别不能用压缩格式的贴图（如：VAT 顶点动画），要注意控制精度

 

 

2.3 灯光与阴影

1. 直接动态光的优化方向（静态烘焙光照，运行时开销较小，暂不展开）：

1. 光照计算复杂度：

• 通过 Optimization Viewmodes -> Light Complexity 模式检查光照计算复杂度

 

• 不同灯光类型的开销不同，Directional Light 定向光源更耗性能

 

• 设置 Spot Light 聚光灯和 Point Light 点光源的 Max Draw Distance，提前剔除

 

• 控制动态灯光的影响范围（如：修改 Point Light 点光源的Attenuuation Radius 衰减半径、修改 Spot Light 聚光灯的 Cone Angle 锥角等控制灯光影响范围），减少重叠区域

 

2. 阴影质量：

• 阴影质量的情况，主要观察 GPU 上，ShadowDepths 的消耗

 

• 原理：直接光阴影的主要绘制方式是从灯光方向来绘制场景的深度，计算光照时，在屏幕空间通过深度的比较，判断是否在阴影中
• 因此，阴影开销的优化主要在于：

• 控制绘制范围，减少投射阴影的模型数量（范围内所有物体都需要光栅化输出深度，如果影响的物体过多，会影响 DrawCall），关闭不需要投影模型的阴影绘制

 

• 控制阴影贴图精度开销，不同类型阴影开销：Point Light 点光源 > Directional Light 定向光源 > Spot Light 聚光灯

 

• VSM 虚拟阴影

• VSM 虚拟阴影，一般与 Nanite 协作，支持高效缓存 Cached Page

 

• 通过 Virtual Shadow Map -> Cached Page 模式，查看缓存（引擎默认开启静态物体与动态物体分开缓存的模式，绿色区域为静态物体不需要每帧重新绘制，灯光变化会更新缓存并显示为红色，动态物体会每帧更新，蓝色区域表示只有动态缓存更新）

 

• 通过 Virtual Shadow Map -> Virtual Page 模式，查看不同相机视角下，自适应变化以配置阴影精度（相较于旧的级联阴影，VSM 虚拟阴影的锯齿情况好很多）

 

• r.Shadow.Virtual.MaxPhysicalPages 4096 设置 VSM 虚拟阴影的纹理池上限（内存限制较高时，可以适量改小数值，但数值过小，会导致部分阴影纹理无法绘制）

 

• 通过 Virtual Shadow Map -> Shadow Mask 模式，查看阴影贴图

 

• r.Shadow.Virtual.ResoulutionLodBiasLocal 设置局部光的 LOD 精度偏移
• r.Shadow.Virtual.ResoulutionLodBiasDirectional 设置方向光的 LOD 精度偏移（数值越大，阴影贴图精度下降，阴影质量越差）

 

• 使用 SMRT 阴影贴图光线追踪，实现半影效果：修改 Directional Light 定向光源的 Source Angle

 

• r.Shadow.Virtual.SMRT.RayCountLocal 设置局部光的光线数量
• r.Shadow.Virtual.SMRT.RayCountDirectional 设置方向光的光线数量（默认是 16，数值越低，性能越好）

 

• r.Shadow.Virtual.SMRT.SamplesPerRayLocal 设置局部光的逐光线采样数量
• r.Shadow.Virtual.SMRT.SamplesPerRayDirectional 设置方向光的逐光线采样数量（采样数越高，阴影越柔和，越耗性能）

 

2. 间接动态光 Lumen 的优化方向：

 

1. 为了更好的捕捉间接光，资产制作注意项：

• 通过 Lumen -> Lumen Scene 模式，查看场景间接光，确保 Lumen Scene 模式下的物体有足够高的精度，及正确的材质表现

 

• 如果光线追踪的精度设置为：软件光线追踪，需要关注 Distance Fields 的精度

 

• 通过 Visualize -> Mesh DistanceFields 模式，查看网格体距离场

 

• 例如：这个灯泡模型，在 Mesh DistanceFields 模式下，由于精度不足漏掉了部分（如果旁边有强反射，则会被显示残缺）

 

• 可以在模型编辑器中修改 Distance Field Resolution Scale 距离场分辨率尺寸，以提高精度

 

• 如果光线追踪的精度设置为：硬件光线追踪，画面质量更高，追踪的是模型三角面，如果使用 Nanite 模型，则实际追踪的是面数较低的 Fallback Mesh（一般情况下没啥问题，但当 Fallback Mesh 减面过多，强反射区域，则也会被显示残缺）

 

2. Lumen Scene 材质

• 物体表面的材质光照信息，主要靠 Mesh Card 捕捉，通过 r.Lumen.Visualize.CardPlacement 1 命令查看场景中的 Mesh Card

 

• 通过 Lumen -> Surface Cache 模式，查看捕捉效果（黄色、紫色区域为没被捕捉到的，不会渲染到 Lumen Scene 中）

 

• 若要减少上述未被捕捉的黄色、紫色区域，可以提高后处理盒子中的 Lumen Scene Detail 参数

 

• 但对于结构较复杂的模型，可以在模型编辑器中提高 Max Lumen Mesh Cards，完整覆盖表面（Card 过高影响性能）

 

• 对于凹面/空洞过多的极端模型，仅单纯提高插片数可能效果不佳，需要进行离线模型拆分

 

3. Lumen 光追效率：

1. 优化重建光追加速结构的开销

• 实时光追依赖引擎在场景内搭建的加速结构，SkeletalMesh 带动画的角色、破碎、毛发、布料、Niagara粒子等，都需要每帧重建加速结构，因此需要重点控制这类物体的面数
• 在 SkeletalMesh 静态物体上的 WPO 顶点动画，需要限制开启区域，如：r.RayTracing.Geometry.StaticMeshes.WPO.CullingRadius(5000) 按相机距离开启/关闭

 

2. 化对视窗外物体的追踪

• 正确的间接光照需要屏幕外的物体，Lumen 会追踪视窗外的物体，需要限制追踪范围，剔除不必要的物体以提高效率：

• r.RayTracing.Culling
• r.RayTracing.Culling.Radius 10000 (100米)
• r.RayTracing.Culling.Angle 1（5度）

 

• 设置光追组整体剔除

 

• 以黑客帝国项目为例，把小模块搭建的整个建筑设置为一个光追组，超过设置范围时，模型被整体剔除，提高计算

 

3. 简化光线击中表面时的材质计算

• 使用 RayTracingQualitySwitch 材质节点，拆分

• Normal：屏幕空间 Gbuffer 中的计算逻辑
• RayTraced：Lumen Scene 中光追打到物体表面的材质计算

 

 

2.4 特效

1. 特效的大部分优化都是在 Effect Type 上分类别进行设置

 

2. Niagara 特效优化方向：

1. 控制场景特效实例数

• 按距离进行相机剔除

 

• 设置 System 个数上限

 

• 利用 Niagara Debugger 工具检查特效性能，为特效的解算线程或渲染线程设置预算上限

 

2. 控制粒子数量

• 分平台控制（在 Effect Type 上，分 Scalability 等级进行设置，并在编辑器中切换）

 

• 按距离缩放，设置 Spawnrate 发射量为 Scalability Distance Based Float 按相机距离减少，相当于给特效加 LOD

 

3. 控制计算复杂度 Validation Rule

• 在 Effect Type 上，分等级禁用复杂 Module 模块或者 Render（如：在低等级上，禁用 Light Render）
• 针对复杂的 GPU 模拟，可以设置 Simulation Stage 迭代次数的预算上限