Adaptive Performance：高品质画面呈现与流畅稳定帧率的二者兼得
在GDC 2019上，Unity在Keynote主题演讲中介绍了Adaptive Performance自适应性能功能。Adaptive Performance预览版和《Megacity》移动端示例项目已经发布，开发者可以开始尝试它的功能。
本文将介绍Adaptive Performance自适应性能功能的详细信息，以及如何将其应用到项目中。
游戏性能与画面呈现的平衡
与PC或主机游戏不同，利用移动设备的完整性能要求对游戏有着精妙的平衡，这样才能使游戏既画面精美又运行流畅。
透支设备的性能会很快降低游戏性能，对硬件产生过大的负担，从而损害电池寿命并产生不稳定的性能。对于开发者而言，考虑到从低端到高端目标设备的庞大设备范围，这个问题会更加棘手。
目前有不同的方法可以解决该问题，其中二个主要方法是：
尝试让游戏在所有目标硬件都有最好的运行效果，这意味着要牺牲图形保真度和帧率。
尝试预测硬件行为，但准确测量硬件趋势的选择并不多，所以该方法很难实现。
Adaptive Performance
Adaptive Performance提供了一种更好的方法来管理游戏在设备上的实时热量和性能情况，使开发者能够主动的即时调整游戏性能和质量设置，利用好硬件性能，并避免过度使用设备性能。
Adaptive Performance可以获得更为可预测的帧率，减少热量积累，实现更长的运行时间和更加舒适的玩家体验，同时保持电池寿命。
对开发者而言，Adaptive Performance会对硬件进行全新的深度分析，使用新工具让游戏更加动态而灵活，在移动设备运行游戏时，给玩家提供最流畅和最优质的体验。
Adaptive Performance会给开发者提供操作系统的常用控制功能，例如：何时运行在高速时钟运转下，避免节流时要调整什么部分。
与三星合作改进Adaptive Performance
我们与全球最大的Android移动设备制造商三星进行合作，从而让Adaptive Performance解决方案走向成熟。
Adaptive Performance自适应性能功能基于三星的GameSDK构建，它会首先适用于Samsung Galaxy系列设备，例如：Samsung Galaxy S10和Galaxy Fold，未来该功能会支持更多Samsung Galaxy设备。
运行结果
下面的图表，我们在Unity GDC 2019 Keynote主题演讲上进行了展示，说明了当《Megacity》项目在全新Samsung Galaxy S10设备上运行时，Adaptive Performance有助于提供稳定的高帧率效果。
我们看见蓝线代表添加了Adaptive Performance后，与未添加功能的红线对比，《Megacity》演示项目运行在30 fps的状态下的时间更长，也更加稳定。
使用《Megacity》展示Adaptive Performance
《Megacity》项目是一个包含数百万个实体的未来主义风格交互式城市，它展示了Unity如何在当今移动硬件上运行极为复杂的项目。
《Megacity》展示Unity面向数据技术栈DOTS的最新功能，包括：实体组件系统ECS，Native Collections本地工具组件，C# Job System和Burst编译器。
《Megacity》项目是展示Adaptive Performance的正确选择，它为我们提供了灵活而动态地适应游戏，主动地利用好硬件性能。Adaptive Performance在开发时考虑到了可扩展性，适用于构建《Megacity》基础的DOTS功能。
《Megacity》项目的移动版本有450万个网格渲染器，20万个建筑部分，10万个音频源，以及超过600万个实体，它是展示Adaptive Performance自适应性能功能理想的选择。
对《Megacity》的处理方式
通过Unity资源包管理器安装Adaptive Performance后，在向设备构建时，Unity会自动添加Samsung GameSDK子系统到项目中。
在运行时期间，Unity会在支持设备上创建并启动Adaptive Performance Manager管理器，该功能会提供移动设备热量状态的反馈。
开发者可以在运行时期间从Adaptive Performance Manager订阅事件或查询信息，从而实时对不同情况做出反应，否则，它只会在Console控制台报告状态。
例如：开发者可以使用我们提供的API，创建在设备上对热量趋势和事件做出反应的应用程序，这可确保较长时间的稳定帧率，同时在节流开始前避免发生热量节流。
在《Megacity》的Adaptive Performance示例实现中，我们使用了以下方法进行优化帧率：
从较低CPU和GPU级别开始，逐渐提高它们的级别，从而消除瓶颈情况，这样可以保持较低的电量消耗。
如果发现设备即将发生节流情况，我们可以调整质量设置以减少热量负载，并且决定降低LOD层级。
一旦即将发生节流时，我们也会减少目标帧率。
当达到目标帧率且温度正在下降时，我们会提高LOD层级，提高目标帧率，再次减少CPU和GPU级别。
这些功能可以让你的游戏在一段时间内实现更流畅的性能。通过密切关注设备的热量趋势，开发者可以动态的调整性能设置，避免节流情况。
了解如何实现这种效果，请下载《Megacity》移动示例项目：
http://megacity.unity3d.com/MegaCity_Mobile_AdaptivePerformance_Release.zip
Adaptive Performance Manager
该资源包的核心是Unity在启动时创建的Adaptive Performance Manager管理器，它允许开发者轻松访问和订阅热量和性能事件。
下面的示例代码展示了如何在MonoBehaviour的Start函数使用IAdaptivePerformance接口来访问Adaptive Performance Manager管理器。
private IAdaptivePerformance ap = null;
void Start()
{
ap = Holder.instance;
}
热量事件
当移动设备的热量状态发生变化，Unity就会发送热量事件，重要的状态有：即将发生节流的时候和节流情况已经发生的时候。
在下面的示例代码中，我们会订阅ThermalEvents，以减少或提高lodBias，这有助于减少GPU负载。
using UnityEngine;
using UnityEngine.Mobile.AdaptivePerformance;
public class AdaptiveLOD : MonoBehaviour
{
private IAdaptivePerformance ap = null;
void Start() {
if (Holder.instance == null)
return;
ap = Holder.instance;
if (!ap.active)
return;
QualitySettings.lodBias = 1;
ap.ThermalEvent += OnThermalEvent;
}
void OnThermalEvent(object obj, ThermalEventArgs ev) {
switch (ev.warningLevel) {
case PerformanceWarningLevel.NoWarning:
QualitySettings.lodBias = 1;
break;
case PerformanceWarningLevel.ThrottlingImminent:
QualitySettings.lodBias = 0.75f;
break;
case PerformanceWarningLevel.Throttling:
QualitySettings.lodBias = 0.5f;
break;
}
}
}
如果我们减少lodBias到数值1以下，它会在很多情况下产生视觉影响，发生LOD对象突然改变的情况，但如果对游戏体验没有要求的话，这是减少图形负载的简单方法。
如果想做出更细致的决策来调整游戏图形和行为的处理方法，瓶颈事件会非常实用。
CPU和GPU性能级别
移动设备的CPU和GPU占了功耗的很大一部分，特别是在运行游戏时。
CPU内核和GPU运行在最大时钟速度时的效率较低，运行在高时钟速度下容易使移动设备温度过高，此时操作系统会限制CPU和GPU的频率来降低设备温度。
我们可以使用以下属性，通过限制最大允许时钟速度避免发生这种情况：
IAdaptivePerformance.cpuLevel
IAdaptivePerformance.gpuLevel
应用程序可以基于对当前性能要求的信息来配置这二个属性，并且基于实际情况决定应该提高还是降低级别。
应用程序是否在之前帧达到目标帧率？
应用程序是位于游戏内场景还是菜单位置？
接下来是否有性能消耗较大的场景？
即将发生的事件是否利用大量CPU或GPU性能？
是否展示不需要高CPU或GPU级别的广告？
public void EnterMenu(){
if (!ap.active)
return;
// 在菜单设置低CPU和GPU级别
ap.cpuLevel = 0;
ap.gpuLevel = 0;
// 设置低目标FPS
Application.targetFrameRate = 15;
}
public void ExitMenu(){
// 在回到游戏时，设置较高CPU和GPU级别
ap.cpuLevel = ap.maxCpuPerformanceLevel;
ap.gpuLevel = ap.maxGpuPerformanceLevel;
}
性能瓶颈的警告系统
在Adaptive Performance Manager管理器中，我们可以订阅接收性能瓶颈事件，了解游戏是CPU绑定，GPU绑定还是“帧率绑定”。
帧率绑定意味着游戏受到了Application.targetFrameRate的限制，这种情况下应用程序应该考虑降低性能要求。
GPU Framtime Driver帧率控制工具会运行在后台，管理瓶颈决策，开发者可以通过Adaptive Performance Manager管理器查询信息，它会监视上一帧GPU使用的硬件时间。
目前，CPU时间通过累计Unity内部子系统所用时间来计算。根据游戏和实际情况，开发者可以让工具根据热量状态变化，在游戏处于CPU绑定时或GPU绑定时使用不同的应对方法。
void OnBottleneckChange(object obj, PerformanceBottleneckChangeEventArgs ev) {
switch (ev.bottleneck) {
case PerformanceBottleneck.TargetFrameRate:
if (ap.cpuLevel > 0) {
ap.cpuLevel--;
}
if (ap.gpuLevel > 0) {
ap.gpuLevel--;
}
break;
case PerformanceBottleneck.GPU:
if (ap.gpuLevel < ap.maxGpuPerformanceLevel) {
ap.gpuLevel++;
}
break;
case PerformanceBottleneck.CPU:
if (ap.cpuLevel < ap.maxCpuPerformanceLevel) {
ap.cpuLevel++;
}
break;
}
}
对游戏进行优化的方法很多，上述示例和《Megacity》项目的示例只提供了一些优化的建议，游戏的优化归根结底取决于最适合特定游戏的方法。
Adaptive Performance更多信息，请访问帮助文档：
https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.mobile.adaptiveperformance@latest
未来发展
现在仅仅只是开始，我们会继续开发Adaptive Performance自适应性能功能，添加更多功能并支持更多设备。
当前资源包提供一个底层API，而我们已经在开发基于组件的高层次API，它兼容DOTS，能够在Unity项目轻松适应性能。
Adaptive Performance预览版已通过Unity资源包管理器面向Unity 2019.1 Beta发布，了解相关最新信息，以及其他开发者的使用方法，请访问Unity官方论坛：
https://forum.unity.com/threads/adaptive-performance-package.652306/
推荐阅读
Unite Shanghai 2019
5月10日－12日上海，Unite大会强势回归。技术门票正在热销中，购票即获指定Asset Store资源商店精品21款资源的5折优惠券。
购票请访问：Unite2019.csdn.net
点击“阅读原文”访问Unity Connect