3D游戏中的画质与效率适配

 

哪里来的需求？

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众所周知，由于不同的设备配置不同。导致其CPU和GPU处理能力有高有低。同样的游戏想要在所有设备上运行流畅且画面精美，是不可能的。这就需要我们针对不同的设备能力进行画质调节，以保证游戏的流畅运行。

 

我们需要控制什么？

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想要得到我们需要控制什么，只需要找出影响游戏运行效率的点即可。 当然在此不能一一列举出所有游戏类型的点。但笔者就个人经验，列出一些能用点。

*贴图精度

*渲染面数

*材质复杂度

*粒子数目

*阴影质量

*水面效果

*增强性场景交互

*引擎后期效果

下面，我们就一个点一个点来说明原因，并给出常见的优化方法。

 

贴图精度:SKIP MIPMAP

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贴图精度影响的是tex2D、texCUBE等采样指令的速度。对于显卡较次的机器来说，可能会是一大瓶颈。一般的引擎都提供了SKIP MIPMAP的能力。

SKIP MIPMAP即在上传贴图数据的时候，跳过指定级数的MIPMAP。 这样在SHADER中进行访问时，使用的就是低级别的贴图精度。 比如，一张1024x1024的贴图。 SKIP MIPMAP设置为1。表示要跳一级MIPMAP。 那SHADER中采样的时候。最大分辨率将会是512x512。

 

渲染面数:裁剪&LOD&DETAIL

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渲染面数与DRAW CALL数目，会受GPU位宽、GPU频率限制。 当超出负载时，帧率会骤然下降。 这就要求我们需要对渲染面数有一个很好的控制。常见的控制手法有3种

1、减小裁剪距离

     剪裁距离的减小，会将远处的景物裁剪掉。 从而减少DRAW CALL和提交的面数。

     注：这里说的减小裁剪距离，一定是和视锥体裁剪时一起使用，当靠摄像机的FAR CLIP PLANE，作用很小。

2、模型LOD

     随着距离的增加，景物的细节会看不清。此时我们可以减少细节。

     注：LOD的切换，可以是两个策略分管。 一是距离，二是根据机型配置。 取距离计算结果和机型配置结果中最大的LOD等级。

3、隐藏细节

     场景中的景物，根据主次关系进行标记。不同的主次关系的景物，受不到同的裁剪距离的影响。 比如，地表可视距离为1000，树木可视距离为800，花草可视距离为500。

     注：主次细节的显示与否，可以是两个策略分管。一是距离，二是根据机型配置。距离计算结果和机型配置结果都需要显示时，才显示。

 

材质复杂度：切换SHADER

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材质复杂度是整个画质和效率控制系统中的大头，毕竟大部分的开销都因材质而起。归根结底，材质复杂度的控制，就是切换不同的SHADER。 使得GPU运算复杂度降低。笔者参与的引擎和游戏开发项目中，遇到过两种。

1、宏控制的SHADER编译

     宏控制的SHADER编译，是指在SHADER中使用一些宏定义。在对SHADER进行编译时，将设备定义的宏开关附加到SHADER代码顶部，编译器根据宏内容进行编译。 这个方案的优点是，一套代码适配多个设备配置。但这个方案也有一个缺点，就是如果要进行实时切换，则会触发SHADER的重新编译。如果是手机项目，一般都是启动的时候进行硬件检测，选择最适合当前机型的编译配置进行材质的初始化。 而对于端游等项目，则需要考虑动态切换问题。

     注：这个方案，汇编级的SHADER不支持。 比如DX ASM、STAGE3D AGAL。 

     PS：笔者曾经工作的公司的一个自研手游3D引擎是用的这个方案，十分好用。 前提是中间不要让玩家切换画质。

     PPS：UNITY3D也支持这种方案。

2、切换Technique

     这是基于一个材质拥有多个Technique，且Technique不是用来区分材质。 也就是说，在这种情况下，Material作为区分一个模型材质的单元。 其内包含的Technique用于做设备的性能适配。这样的方案下，不同的情况下，需要切换高中低配置时，只需要切换Technique即可。

     注：这个方案，常见引擎都支持，如OGRE，UNITY3D。

 

粒子数目：禁用发射器

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一个粒子特效可能有一个或者多个发射器构成。这样的话，我们可以为每一个发射器指定一个LOD等级（如果不支持额外添加数据的，可以通过发射器名字加前缀，比如 LOD0_FIRE0，LOD1_FIRE1等）。 我们再根据玩家的选择或者配置禁用发射器。以达到减少粒子计算和渲染的开销。

 

阴影质量：SHADOW MAP精度&选择性开关

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阴影无疑是增强画质的一个有利武器。 但是当玩家机器配置无法为阴影质量买单时，就只有选择性关闭了。 比如，可以给NPC，怪物，BOSS，其他玩家，玩家自己都配置一个阴影标记。 一般有 实时阴影、脚底黑圈、关闭 三种。再根据机型配置或者玩家选择进行动态的开关各单位的阴影。

 

阴影的效率开销还受另外一些参数的影响。比如SHADOW MAP的分辨率，是否要使用软阴影等。

 

水面效果：折射&反射&普通水面

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水面效果一般有以下4种

1、实时折射  + 实时反射 （ 现在的主流配置）

2、实时反射（早期一些MMORPG使用）

3、普通水面+CUBEMAP反射（丝路传说那种）

4、普通半透明水面（WOW早期那种）

 

如果都实现了，那根据玩家选择即可。 和LOD一样，取玩家选择和配置的最大值。

 

增强性场景交互

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比如，地上的小鸟在来回走动，玩家跑过时，会惊飞。 又比如，玩家进入草丛时，草丛会因为受玩家力的影响左右晃动。

这样的一些细节，着实令整个世界显得更加真实。 但CPU和GPU的额外开销，也是一笔不小的账。 因此，提供一个配置，供玩家和机型开关。

 

引擎后期效果

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引擎后期效果，如BLOOM,HDR,热力扭曲等，都会带来不小的开销。 提供开关让玩家或者机型配置即可。

 

总结

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我们不指望自己的游戏在每一个玩家的机器上，都美仑美奂。 但我们希望自己的游戏，能够流畅的运行在每一个玩家的机器上。 这样至少给了玩家一次体验这个游戏的机会。 如果玩家愿意为这个游戏升级自己的配置，那又何尝不是一件值得让人骄傲的事！