Unity UI Profiling：你怎么敢破坏我的批处理？
许多Unity开发者都曾花费大量时间来优化Unity UI，但是，大部分情况下对性能造成恶劣影响的罪魁祸首，只不过是Canvas UI元素上某个属性的小小改动。
在这种情况发生时，甚至是Unity UI性能分析工作也无法解决降帧问题，本文将分享相关的解决方法。
下面是我最近项目发生的问题。
为了将项目移植到Oculus Quest，我花费大量精力优化了多个UI面板。大部分工作是把Overdraw级别降低到可以接受的程度，从而确保GPU能够更好处理实际的3D渲染过程。
我用了一个月时间来进行项目的UI优化，并且取得了不错的进展。有些时候，优化效果非常好，GPU处理UI时几乎都没花时间。我使用的不透明UI着色方法弥补了大多数UI分层造成的Overdraw，UI分层指在其它元素上绘制的UI。
通过使用高度优化的混合UI系统，我让UI有效地遮蔽了UI后的3D元素，轻松避免了遮蔽部分的渲染工作。
然而，我的工作远未结束……
使用Unity Profiler性能分析器分析UI时，我注意到一个问题：CPU每帧在UI渲染上会使用1ms时间。
这对于只为整体游戏执行过程提供13ms时间预算的平台来说，使用的时间实在是太多了。除了UI渲染外，执行过程还包括：物理功能、游戏逻辑、3D渲染、输入处理、VR功能、联网功能等。
有的情况下，UI会对CPU性能有更大的影响。
UI可以优化为对GPU友好，但是这样不会直接转化为高效的GPU性能。
事实上，CPU和GPU在Unity UI渲染上有着完全不同的任务。因此，建议使用不同方法处理CPU和GPU的优化。
在经过更多UI性能分析后，我发现问题所在：UI会在每一帧都不断重新创建，也就是说，每帧都会进行画布重构过程。
这会造成每帧都要在CPU上消耗1ms处理UI……好伤。为什么Unity会这样做？我一直以为Unity会缓存UI画布。
其实我的想法也没错。Unity确实会高效缓存画布，确保构建过程只进行一次。然而，当改变了任意画布上UI元素属性时，例如：颜色和位置等，问题就出现了。
这意味着，按钮悬停效果等所有UI动画都会在你不知情的情况下损耗游戏性能。在发生UI属性变化时，Unity会进行画布重构，大幅影响游戏性能。
Unity UI的画布重构会让Unity迭代画布上所有UI元素，从而生成Draw Call的优化列表，其中包含：顶点、颜色和材质等信息，而画布重构过程的时间真的很长。
了解到持续UI画布重构的影响后，我们会问：为什么会受到画布重构的影响？我要怎么进行处理？
为了回答这个问题，我花了5个多小时进行研究，并使用了Unity Profiler性能分析器。下面介绍整个过程。
发现问题
假设我们面前有一个奇怪的UI，它挡在玩家面前，阻止玩家看到后边的内容。
我使用Grid Layout Group网格布局组排列了350多张图片，画面如下图所示。
即使UI上有350多张图片，UI的渲染工作也不会有太大开销。UI中有2个不同的图片，所以这些UI内容通常使用2个Draw Call便可渲染。
通过在性能分析器发现，渲染这样的UI几乎不会对CPU造成任何开销。大多数时候，使用的时间为0.01ms以下，效率非常高。
下图是出现的峰值现象。
那么图表最后出现的CPU峰值是什么情况？
画布重构问题
Unity性能分析器图最后出现的是什么情况呢？UI的CPU开销在一秒内翻了不止一倍，真的非常奇怪。
请在下面的示例中找到两个区别，点击图片可以放大查看。
低开销的画布
画布重构
这是一个提示：下图红色部分是画布重构的开销。
PostLateUpdate.UpdateRectTransform和UGUI.Rendering.UpdateBatches在这里非常显眼，它们的作用是什么？
UpdateRectTransform表示特定对象的Transform属性发生变化，因此Unity必须执行高开销的逻辑来保持外观的一致性。
而我们不知道是其中的一个属性还是所有属性发生变化，到底是一个对象还是多个对象发生变化，以及是哪些对象发生变化。
第二项开销是UpdateBatches，表示整个画布几何体都要进行重构，该过程常称为画布重构（Canvas Rebuild）。画布重构指Unity遍历所有画布层级来生成Draw Call的列表。
此时会计算所有元素的顶点、索引、颜色和UV，然后执行批处理过程，尽可能合并多个Draw Call，从而减少将其发给图形驱动程序的CPU开销。
现在我们知道了具体情况，但如何避免画布重构过程呢？是什么造成画布重构过程的？
小结
UI元素上的属性变化会把元素标记为“Dirty”（受污染的）。
UI元素可能完全是受污染的，也可能是部分受污染的，例如：顶点污染、布局污染和材质污染。部分污染状态的恢复过程使用较少开销。
在任意元素标记为“Dirty”时，Unity会完全重构画布。
画布重构对CPU的开销很大，避免该过程是优化的关键。
使用简单粗暴的方法找到起因
我们仍要寻找这个问题的答案：是什么造成UI画布重构？
然而，没有方法可以快速找到造成重构的东西，特别是在画布层级较多的的时候。下面，我将展示找到画布重构来源的简单粗暴方法。
1
保持性能分析器的录制状态
设置好筛选掉指标，专注于真正重要的部分：渲染、脚本和UI。注意观察基线，了解当前基线的开销，其中会包含高昂的画布重构过程。
2
禁用UI对象并进行对比
选中一组游戏对象，然后禁用它们，对比其与之前性能基准线的不同。如果基线的提升效果不明显，请继续禁用游戏对象，直到出现明显的性能提升。
3
找到修改属性的部分
现在，我们找到了触发画布重构的对象，但到底是什么在触发它们呢？是一个调整画布大小的脚本，还是一个是改变画布位置的动画？
我们可以右键单击RectTransform，然后按下Find References in Scene，继续寻找答案。一旦找到造成UI画布重构的起因后，我们要对它进行处理，例如：禁用动画或变换。
也许你提出质疑：那么如何在庞大的UI层级使用这个方法呢？这个方法速度不快，而且很麻烦。
使用庞大的UI层级本身就不是理想的方法，这种复杂而深度的层级会使画布重构的CPU开销变得非常高昂。我们有时会遇到嵌套式的大型UI层级，而它造成的最大影响是玩家的游戏体验。
虽然简单粗暴的方法有助于找到画布重构的起因，但是长远来看不适合使用。随着我逐渐擅长优化UI，我开发了一个工具来使游戏体验符合玩家的期待。
画布重构的性能分析
针对UI优化来强化性能分析器
我强调了UI画布重构的频率和影响程度，在我的游戏中画布重构占用了所有CPU预算的10%。
前面介绍了找到画布重构起因的简单粗暴方法，但技术大牛不会止步于这种容易出错的方法。你可以花上几天时间来避免画布重构，但在不经意间，这种情况又会出现。
如果正在进行VR开发，这种情况非常值得重视。我们完全不希望在世界空间UI中出现画布重构。如果无法避免这种情况，玩家可能会有非常糟糕的体验。
开发者想完全避免画布重构，但性能分析器无法给出具体信息，该怎么办？
我们可以让Unity性能分析器提供有用信息，了解是什么在影响UI性能。
我们可以强化Unity性能分析器的功能，方法是修改公开的Unity UI源代码。在得到源代码后，我们要找到发生画布重构的代码函数。然后只需要使用BeginSample和EndSample这两个Profiler API即可。
如果使用Unity 2019.1或更早版本，Unity UI源代码在Bitbucket代码库免费提供。我们可以根据指南来下载、安装和修改。
获取Unity UI源代码：
https://bitbucket.org/Unity-Technologies/ui/src/2019.1/
我的建议是使用新版Unity，至少版本是Unity 2019.2。新版本Unity默认包含UI的源代码，因为UI系统现在属于资源包管理器的一部分，这样可省去许多麻烦。
下面是我发现了一些可以添加Profiling API调用的代码部分：
CanvasUpdateRegistry.cs：PerformUpdate函数
Graphic.cs：SetAllDirty函数
Graphic.cs：SetVerticesDirty和SetMaterialDirty等函数
性能分析的源代码
这个方法很实用，但对艺术家或设计师并不友好。因此我编写了一个小型开源的Unity扩展，以便你强化自己的Unity性能分析器。
下图是我自定义的Unity性能分析器增强工具。
该免费工具可以快速调整性能分析模式，从而确保游戏有最佳性能。
Unity性能分析器增强工具会在编辑器外部运行，能够有效取代在Android和其它平台上对UI进行性能分析的工具。
这款工具的操作只需两个按钮：
Buff my Unity Profiler（增强Unity性能分析器）
Nerf my Unity Profiler（削弱Unity性能分析器）
如果你要下载获取此工具，请发送“UI工具“到公众号后台。
小结
本文我们学习了如何解决画布重构问题引发的性能问题，希望大家使用Rubén Torres Bonet大神的工具优化项目，让性能得到提升。
下载Unity Connect APP，请点击此处。 观看更多Unity官方精彩视频，请关注“Unity官方”B站账户。
你可以访问Unity答疑专区留下你的问题，Unity社区和官方团队帮你解答：
Connect.unity.com/g/discussion
作者：Rubén Torres Bonet
来源：thegamedev.guru
推荐阅读
官方活动
「Unity X 创想家计划」是针对中国地区9－15岁青少年的编程教育计划，火热报名中～～［了解详情...］
11月25日－12月2日，Asset Store最受欢迎的资源将进行5折大促，每日一款特惠插件3折优惠。［了解详情...］
喜欢本文，请点击“在看”