Unity – это один из самых популярных игровых движков для мобильных платформ (Android и iOS). Множество разработчиков используют его для создания и выпуска игр. До того, как Unity поддерживал Android-устройства, построенные на платформе Intel, игры приходилось исполнять в эмуляторе, который заменял низкоуровневый ARM-код на x86-код. В результате некоторые игры, которые изначально не были рассчитаны на платформу x86, в эмуляторе не запускались, либо имели проблемы с производительностью. Сегодня, с ростом присутствия процессоров от Intel в мобильной среде, многие разработчики заинтересованы в поддержке Android-устройств, основанных на архитектуре x86. Разработчики хотят знать, как оптимизировать игры для такого оборудования.
В этом материале мы покажем, какой производительности можно добиться, разрабатывая Android-приложения, рассчитанные на платформу x86, поделимся советами по оптимизации игр на примере Hero Sky: Epic Guild Wars.
Игра Hero Sky: Epic Guild Wars
У компании Innospark, разработчика Hero Sky: Epic Guild Wars, имеется большой опыт в создании мобильных игр с использованием различных коммерческих игровых движков. Кроме того, у Innospark имеется и движок собственной разработки. Hero Sky: Epic Guild Wars – это первая игра компании, разработанная с использованием Unity и выпущенная на всемирном рынке. После публикации в Google Play, с ростом числа загрузок, компания начала сталкиваться с жалобами пользователей. На некоторых Android-устройствах, основанных на платформе Intel, игра попросту не работала, на других её производительность оставляла желать лучшего. В итоге в компании было принято решение портировать игру на платформу x86 и оптимизировать её. Здесь мы расскажем о том, как оптимизировали Hero Sky: Epic Guild Wars с использованием результатов профилирования приложения с помощью Intel Graphics Performance Analyzers (Intel GPA). В частности, поговорим о влиянии на производительность порядка вывода объектов и альфа-смешивания.
Предварительные сведения
Hero Sky: Epic Guild Wars – это онлайновая военная 3D-стратегия. Innospark разрабатывала и оптимизировала игру, пользуясь системой, основанной на Intel Atom (Bay Trail). Вот особенности эталонного устройства, применявшегося в тестах. Здесь приведены характеристики системы и результаты теста 3DMark.Устройство имеет экран размером 8 дюймов.
| Показатель | Характеристика |
| Процессор | Intel Atom processor, Quad Core 1.46 Ghz |
| ОС | Android 4.4.4 |
| ОЗУ | 2 Гб |
| Разрешение экрана | 1920x1200 |
| Результат теста 3DMarkICE Storm Unlimited | 10386 |
| Графика | 9274 |
| Физика | 17899 |
Вот график, на котором сравнивается производительность нативного и эмулированного кода на устройстве.
Выигрыш в производительности, которого можно достичь благодаря поддержке x86
Оценивая результаты тестов, стоит помнить о том, что они могут быть оптимизированы в расчёте, например, только на микропроцессоры от Intel. Такие тесты производительности, как SYSMark и MobileMark, запускаются на конкретных системах, на которых установлены конкретные аппаратные компоненты, программное обеспечение. В их ходе выполняются определенные наборы действий. Любое изменение способно повлиять на результаты теста. Касается это программной и аппаратной составляющей устройства, а так же самого тестового приложения и набора испытаний. Поэтому, принимая на основе тестов какие-либо решения, например – о покупке устройства, постарайтесь найти как можно больше источников информации, в том числе о том, какие результаты показывает интересующее вас оборудование, работающее совместно с другим оборудованием. Подробнее о производительности вы можете узнать здесь.
После того, как игра была портирована для архитектуры x86, нагрузка на процессор снизилась примерно на 7,1%, FPS выросла на 27,8%, а время исполнения уменьшилось примерно на 32,6%. Однако, нагрузка на видеоядро выросла на 26,7% из-за роста частоты кадров.
В Innospark использовали Intel GPA для поиска узких мест в производительности центрального процессора и видеочипа в процессе разработки. Данные анализа приложения применялись для решения проблем с графикой и улучшения производительности игры.
В начале оптимизации с помощью Intel GPA System Analyzer было получено значение в 51.09 FPS, принятое за базовое. Graphics Frame Analyzer, который измеряет FPS только на стороне GPU, выдал значение в 120.9 FPS. Причина, по которой эти значения отличаются, кроется в том, что System Analyzer отслеживает поведение процесса в реальном времени, что включает в себя и работу CPU, и работу GPU. Graphics Frame Analyzer отслеживает только работу видеоядра и ту деятельность процессора, которая связана с отправкой данных драйверу и GPU.
Детальный анализ приложения с использованием Graphics Frame Analyzer
Копия экрана первоначальной версии приложения
Сразу после переноса кода игры на платформу x86, она показала 59,01 FPS. Игру детально проанализировали с помощью Graphics Frame Analyzer для того, чтобы сократить нагрузку на видеоядро (GPU Busy) и процессор (CPU Load). В таблице показаны сведения, полученные с помощью Graphics Frame Analyzer.
| Показатель | Значение |
| Общее число примитивов | 4376 |
| Время работы GPU | 8,58 мс |
| Время, необходимое для показа кадра | 9,35 мс |
Вот, какую нагрузку на систему создавала исходная, неоптимизированная версия игры. Здесь приведены сведения о вызовах рисования, которые требуют больше всего системных ресурсов.
| Тип | Номер эрга | Длительность работы GPU | Чтение из памяти, GPU | Запись в память, GPU |
| Небо | 1 | 1,43 мс | 0,2 Мб | 7,6 Мб |
| Земля | 5 | 1,89 мс | 9,4 Мб | 8,2 Мб. |
Анализ и оптимизация, направленные на снижение нагрузки на систему
Устранение ненужного альфа-смешивания
Когда при отображении объектов используется альфа-смешивание, программа должна скомбинировать, в реальном времени, цветовые значения всех перекрывающихся объектов и фона для того, чтобы выяснить, каким будет итоговый цвет. Таким образом, вывод цветов, получаемых в результате альфа-смешивания, может оказать большую нагрузку на процессор, нежели отображение непрозрачных цветов. Эти дополнительные вычисления способны повредить производительности на медленных устройствах. Поэтому было решено избавиться от ненужного альфа-смешивания.
Graphic Frame Analyzer умеет настраивать вызовы команд рисования. Это даёт разработчику возможность протестировать программу и выяснить изменения в производительности, вызванные внесёнными изменениями, без модификации кода. Данную функцию можно найти на вкладке Blend State, которая находится в группе State.
Вот как можно включать и выключать альфа-смешивание в Graphics Frame Analyzer без модификации исходного кода приложения
В таблице показана более подробная информация о рисовании травы после выключения альфа-смешивания. Длительность работы GPU, в результате, снизилась на 26,0%. Кроме того, обратите внимание на то, что показатель чтения из памяти снизился на 97,2%.
| Показатель | Базовая версия | Отключение ненужного альфа-смешивания (земля) |
| Циклы GPU | 1466843 | 1085794,5 |
| Длительность работы GPU | 1896,6 мкс | 1398,4 мкс |
| Чтение из памяти, GPU | 9,4 Мб | 0,2 Мб |
| Запись в память, GPU | 8,2 Мб | 8,2 Мб |
Эффективное применение Z-отсечения
Когда 3D-видеокарта выводит объекты, объёмные фигуры из трёхмерного пространства (x, y, z) преобразуются в двумерные (их положение определяется координатами x и y). При этом Z-буфер, или буфер глубины, используется для хранения информации о глубине (о координате z) каждого экранного пикселя. Если два объекта сцены должны быть выведены на одном и том же пикселе, GPU сравнивает информацию о глубине и перекрывает цвет текущего пикселя новым, если новый объект находится ближе к наблюдателю. Процесс Z-отсечения верно воспроизводит привычное восприятие глубины пространства, выводя более близкие объекты первыми. Они скрывают объекты, расположенные дальше. Z-отсечение позволяет улучшить производительность при выводе скрытых поверхностей.
В игре есть два вида вывода окружения: небо (эрг №1) и трава (эрг №5). Так как большая часть неба находится позади травы, значительная площадь неба никогда в процессе игры показана не будет. Однако небо выводится первым, что препятствует эффективному использованию Z-отсечения.
Вызовы для рисования неба (эрг №1) и травы (эрг №5)
Вот как выглядит длительность работы GPU после изменения порядка вывода объектов.
Сравнение нагрузки на систему до и после изменения порядка вывода объектов в Graphics Frame Analyzer.
В таблице показаны более подробные сведения о рисовании неба после изменения порядка вывода объектов. Время работы GPU, в частности, уменьшилось на 88%. Обратите внимание ни на то, что объём данных, записанных в память, сократился примерно на 98,9%.
| Показатель | Базовая версия | Изменение порядка рисования (небо) |
| Циклы GPU | 1113276 | 133975 |
| Длительность работы GPU | 1443 мкс | 174,2 мкс |
| Раннее Z-отбрасывание | 0 | 2145344 |
| Количество записанных образцов | 2165760 | 20416 |
| Чтение из памяти, GPU | 0,2 Мб | 0,0 Мб |
| Запись в память, GPU | 8,2 Мб | 0,1 Мб |
Результаты
В таблице показаны более подробные результаты оптимизации игры для платформы x86 после избавления от ненужного альфа-смешивания и изменения порядка вывода объектов. Длительность работы GPU уменьшилась примерно на 25%, чтение из памяти и запись в память сократились, соответственно, на 42,6% и 30.0%. System Analyzer показал, что FPS увеличилось всего на 1,06. Дело тут в том, что в Android используется режим вертикальной синхронизации и максимальное FPS ограничено 60 кадрами в секунду. А вот частота кадров в секунду, подсчитанная с помощь Graphics Frame Analyzer, выросла на 29,7%.
| Показатель | Базовая x86-версия | Оптимизированная версия |
| Циклы GPU | 6654210 | 4965478 |
| Длительность работы GPU | 8565,2 мкс | 6386 мкс |
| Раннее Z-отбрасывание | 16592 | 3348450 |
| Количество записанных образцов | 6053311 | 2813997 |
| Чтение из памяти, GPU | 20, 9 Мб | 12.0 Мб |
| Запись в память, GPU | 28,6 Мб | 20.0 Мб |
| FPS, подсчитанное в System Analyzer | 59,01 | 60,07 |
| FPS, подсчитанное в Graphics Frame Analyzer | 120,9 | 156,8 |
Вот основные показатели для базовой и оптимизированной версий приложения, приведенные в виде графика.
Основные показатели до и после оптимизации
Выводы
Когда вы приступаете к оптимизации игры для Android x86, сначала следует портировать её на эту платформу, а затем – отыскать узкие места. Средства профилирования способны помочь в измерении производительности и в поиске проблемы с быстродействием, относящимся к GPU. Мощный аналитический инструмент Intel GPA может дать возможность поэкспериментировать с графической составляющей приложения без внесения изменений в исходный код.
Автор: Intel
