理解混合實境的效能

本文介紹效能對您的 Mixed Reality 應用程式的重要性。 如果你的應用程式無法以最佳幀率運行，使用者體驗可能會受影響。 全息影像看起來不穩定，頭部對環境的追蹤不準確，導致使用者體驗不佳。 把效能視為混合實境開發的一流特色，而非精緻的任務。

每個目標平台的效能幀率數值列於下表。

以下框架概述了達成目標幀率的最佳實務。 關於測量與提升 Unity 環境中幀率的技巧，請參閱 Unity 的效能建議文章。

了解效能瓶頸

如果你的應用程式幀率不佳，第一步是分析並了解應用程式計算密集的區域。 兩個主要處理器負責渲染場景的工作：CPU 和 GPU。 每個處理器負責你的 Mixed Reality 應用程式的不同面向。 瓶頸可能出現的三個關鍵地點為：

1. 應用程式執行緒 - CPU - 負責你的應用程式邏輯，包括處理輸入、動畫、物理及其他應用程式邏輯。
2. 渲染執行緒 - CPU 對 GPU - 負責將繪製呼叫提交給 GPU。 當你的應用程式想要渲染像立方體或模型這類物件時，這個執行緒會向 GPU 發送請求來執行這些操作。
3. GPU - 最常負責處理應用程式的圖形管線，將 3D 資料 (模型、材質等) 轉換成像素。 它最終會產生一張 2D 影像，提交到你的裝置螢幕上。

一般來說，HoloLens 應用程式是受 GPU 限制的，但並非總是如此。 請運用以下章節的工具與技巧，了解您的應用程式在哪些方面處於瓶頸。

如何分析你的申請

有許多工具能幫助你了解混合實境應用中的效能配置與潛在瓶頸。

以下是一些常見工具，幫助你為申請蒐集深入的分析資訊：

• 英特爾顯示效能分析儀
• Visual Studio 圖形除錯器
• Unity Profiler
• Unity 框架除錯器
• 虛幻洞察
• PIX
• Unreal 中的 GPU 設定檔

如何在任何環境中進行側寫

判斷你的應用程式是受 GPU 還是 CPU 限制的一種方法是降低渲染目標輸出的解析度。 減少計算所需的像素數，就能減輕 GPU 負載。 裝置會先渲染成較小的貼圖，然後取樣上標顯示最終影像。

降低渲染解析度後，若：

1. 應用程式幀率提升，那你很可能是 GPU 受限
2. 應用程式幀率不變，那你很可能是 CPU 受限了

UnityEngine.XR.XRSettings.renderScale = 0.7f;

如何改進你的申請

CPU 效能建議

一般來說，在 CPU 上的混合實境應用中，大多數工作都是進行場景的「模擬」並處理你的應用邏輯。 以下領域是針對優化的目標：

• 動畫
• 物理學
• 記憶體配置
• 複雜演算法 (，即反向運動學、路徑尋找)

GPU 效能建議

理解頻寬與填充率

在 GPU 上渲染畫面時，應用程式會受到記憶體頻寬或填充率的限制。

• 記憶體頻寬 是指 GPU 從記憶體中讀取和寫入的速率
  • 為了找出頻寬限制，降低貼圖品質並檢查幀率是否改善。
  • 要找出填充率的限制，可以降低顯示解析度，看看幀率是否提升。

記憶體頻寬通常涉及以下其中一項的優化：

1. 較低的材質解析度
2. 使用較少的貼圖 (法線、鏡面等，)

填充率著重於減少最終渲染像素所需計算的操作數量，包括：

1. 要渲染/處理的物件數量
2. 每個著色器可操作次數
3. GPU 階段數到最終結果 (幾何著色器、後製效果等等)
4. 顯示解析度下要渲染 (像素數)

減少多邊形數量

多邊形數量越多，GPU 需要操作越多，減少場景中多 邊形 數量就能縮短渲染時間。 還有其他因素會讓幾何體著色變得昂貴，但多邊形數量是判斷渲染場景所需工作量最簡單的指標。

限額超支

高超繪是指多個物件被渲染出來，但因為被遮蔽物體遮蔽而未顯示在螢幕上。 想像你看著一面牆後面有物品。 所有幾何體都會被處理來渲染，但只有不透明的牆面需要渲染，這會導致不必要的操作。

著色器

著色器是執行在 GPU 上的小型程式，並在渲染過程中執行兩個重要步驟：

1. 頂點著色器 (決定應該繪製哪些頂點及其在螢幕空間中的位置)
   • 頂點著色器是針對每個網格每個頂點執行的。
2. 像素著色器 (決定每個像素的顏色)
   • 像素著色器是逐像素執行，並由幾何體渲染到目標的渲染貼圖。

通常，著色器會做很多變換和光照計算。 雖然複雜的光影模型、陰影及其他操作能產生驚人的效果，但同時也伴隨著代價。 減少在著色器中計算的運算數量，可以大幅降低每幀 GPU 所需的工作量。

著色器編碼建議

• 盡可能使用雙線性濾波
• 重新排列表達式，使用MAD內在運算來同時進行乘法和加法
• 盡可能在 CPU 上預先計算，並將常數傳遞給材料
• 優先將操作從像素著色器移到頂點著色器
  • 一般來說，頂點數遠小於像素數 (720p為921,600像素，1080p為2,073,600像素，依此類推)

移除 GPU 階段

後製效果可能成本高昂，且會增加應用程式的填充率，包括像 MSAA 這類抗鋸齒技術。 在 HoloLens 上，我們建議避免這些技術，並避免使用額外的著色器階段，如幾何、船體和計算著色器。

記憶體建議

過度的記憶體配置與釋放操作可能導致效能不一致、幀凍結及其他不良行為。 在 Unity 開發時，了解記憶體考量尤其重要，因為記憶體管理是由垃圾回收器控制的。

物件池化

物件池是一種流行的技術，用以降低物件連續分配與釋放的成本。 這是透過分配大量相同物件，並重複利用這個物件池中未啟用的可用實例，而不是不斷地生成和摧毀物件來達成。 物件池對於在應用程式中壽命可變的可重複使用元件非常棒。

另請參閱

• Unity 的效能建議
• Unity 推薦設定
• Unreal 的效能建議
• Unreal 中的材質推薦
• 優化 3D 模型
• 即時 3D 模型轉換與優化的最佳實務
• Unreal 藝術家與設計師的效能指引
• Unreal 的 VR 最佳實務