《行尸走肉：行軍作戰(zhàn)》移動(dòng)端優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)
來(lái)自Disruptor Beam的圖形和客戶端架構(gòu)師Jason Booth，擁有超過(guò)25年創(chuàng)作游戲的豐富經(jīng)驗(yàn)。本文將分享他參與開發(fā)《行尸走肉：行軍作戰(zhàn)》所積累的，一些讓大型游戲在低端移動(dòng)設(shè)備上也能擁有優(yōu)秀運(yùn)行體驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)技巧。
如果需要《行尸走肉：行軍作戰(zhàn)》這款游戲高品質(zhì)的運(yùn)行，需要移動(dòng)設(shè)備支持OpenGLES 2.0且RAM至少1GB，這樣的配置約占所有Android設(shè)備的40%。這款游戲中有細(xì)節(jié)豐富的美術(shù)資源、完整的晝夜和天氣循環(huán)，還有上千個(gè)對(duì)象，但它的容量卻不到100MB。這是如何達(dá)到的呢？
游戲介紹
《行尸走肉：行軍作戰(zhàn)》是一款緊張刺激的多人策略移動(dòng)游戲，游戲背景設(shè)定是基于Robert Kirkman的長(zhǎng)期連載漫畫系列《行尸走肉》。該游戲能支持5萬(wàn)玩家夠同時(shí)在線游玩。游戲發(fā)生于弗吉尼亞州和華盛頓特區(qū)，是一個(gè)龐大、復(fù)雜且可自由探索的世界，成千上萬(wàn)個(gè)喪尸、僵尸橫行于此，到處都會(huì)傳來(lái)爆炸聲。
世界由多個(gè)區(qū)域組成，載入和渲染大小為32x64，游戲平鋪大小為2048x1024，單位為米。在給定時(shí)間內(nèi)，每次會(huì)渲染4～6個(gè)區(qū)域。游戲中的地圖是通過(guò)結(jié)合手動(dòng)放置內(nèi)容和程序化內(nèi)容來(lái)創(chuàng)建的。
手動(dòng)放置內(nèi)容和程序化系統(tǒng)都在地圖編譯器（Map Compiler）中進(jìn)行編譯。每塊32x64區(qū)域都會(huì)生成程序化內(nèi)容，然后使用手動(dòng)放置的數(shù)據(jù)來(lái)生成布爾值。地圖編譯器還會(huì)編譯地形數(shù)據(jù)和AI系統(tǒng)的導(dǎo)航信息。將完整的結(jié)果保存為預(yù)制件流格式，這是工作室自己的預(yù)制件系統(tǒng)。最后，所有內(nèi)容都會(huì)通過(guò)Asset Bundle資源包流式傳輸給用戶。
大型空間節(jié)省工具：自定義預(yù)制件流
Disruptor Beam的自定義預(yù)制件解決方案或稱為預(yù)制件流，在設(shè)計(jì)和運(yùn)行時(shí)使用，并支持嵌套。它存儲(chǔ)InstanceEntry的數(shù)組，用于構(gòu)建和傳輸。
在編輯時(shí)，預(yù)制件流的額外代碼支持隨機(jī)處理等操作。對(duì)于特定部分，預(yù)制件流可以隨機(jī)生成多個(gè)元素，并在這些元素上創(chuàng)建簡(jiǎn)單的變體。例如：房子和車子這類物品是從小型部件組成的，這些部件可以互相組合并匹配，從而在同樣的對(duì)象上產(chǎn)生不同變體。
在編譯時(shí)，預(yù)制件流會(huì)分為三個(gè)細(xì)節(jié)層級(jí)（LOD）：對(duì)象可以被指定為高、中、低三個(gè)層級(jí)，以便可以在低端設(shè)備上刪除某些對(duì)象。當(dāng)所有內(nèi)容都編譯好后，會(huì)進(jìn)行扁平化處理，所以在傳輸給用戶的時(shí)候不存在任何層次結(jié)構(gòu)。
在運(yùn)行時(shí)，預(yù)制件流的功能類似圖形引擎的底層繪圖列表，它會(huì)指定要用什么材質(zhì)在哪個(gè)位置繪制哪些網(wǎng)格，以及存放Transform位置的列表，該列表指定要放置特定預(yù)制件的位置。
預(yù)制件流會(huì)打包Transform，由于現(xiàn)在部件大小已知，約占160平方米，它可以將Transform打包為七個(gè)部分：三個(gè)用于存儲(chǔ)位置，三個(gè)用于存儲(chǔ)旋轉(zhuǎn)，還有一個(gè)存儲(chǔ)縮放。
這會(huì)減小流式傳輸給用戶的場(chǎng)景數(shù)據(jù)大小。如果一塊區(qū)域被保存為場(chǎng)景，它的大小約為3.6 MB；如果被保存為預(yù)制件，大小約為2.1 MB，而如果是預(yù)制件流，則只有41KB。
使用網(wǎng)格圖像序列為角色制作動(dòng)畫
《行尸走肉：行軍作戰(zhàn)》中的角色不會(huì)被近距離觀察。它們僅有60像素高，動(dòng)畫設(shè)置有限。團(tuán)隊(duì)必須對(duì)角色批量處理，因?yàn)榈投嗽O(shè)備上的繪圖調(diào)用效果不好。正常的處理流程是將角色放入紋理中，在頂點(diǎn)著色器采樣，然后在著色器中處理所有動(dòng)畫。但由于OpenGLES 2.0不支持在頂點(diǎn)著色器上采樣，所以需要另一種解決方案。
于是，他們將動(dòng)畫轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格圖像序列（Mesh Flipbook）。載入時(shí)，圖像序列接收每個(gè)動(dòng)畫，然后將所有幀都烘焙為獨(dú)特的網(wǎng)格，其中1幀 = 1個(gè)網(wǎng)格。然后在每個(gè)角色上交換網(wǎng)格，制作動(dòng)畫。不過(guò)這個(gè)方法需要大量?jī)?nèi)存。
緊密打包的導(dǎo)航系統(tǒng)
導(dǎo)航數(shù)據(jù)通過(guò)地圖編譯器計(jì)算得出。該系統(tǒng)會(huì)把光線投射用于確定范圍內(nèi)角色將要進(jìn)入的開放空間。它會(huì)考慮像天橋這類對(duì)象，因此角色可以在它們下面行走。
最終結(jié)果是每個(gè)區(qū)域有64x64位數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)都被緊密地打包起來(lái)，因此整個(gè)世界大約有1MB的數(shù)據(jù)。
類似粒子系統(tǒng)的架構(gòu)更新循環(huán)
為了編寫出快速而緊湊的更新循環(huán)代碼，請(qǐng)避免使用Update()、虛函數(shù)和面向?qū)ο蟮拈_銷。實(shí)際上，你也許想通過(guò)內(nèi)嵌大量函數(shù)來(lái)減少開銷。這就像模仿粒子系統(tǒng)來(lái)編寫或構(gòu)造代碼。
在粒子系統(tǒng)中有粒子數(shù)組，你可以通過(guò)數(shù)組壓縮粒子，一次更新所有內(nèi)容。通常如果你將要擁有數(shù)千個(gè)對(duì)象，例如：僵尸。這正是正確的代碼塑造方式。
善待緩存
CPU很擅長(zhǎng)通過(guò)內(nèi)存按線性順序來(lái)壓縮并處理數(shù)據(jù)。所以可以設(shè)置一個(gè)大型區(qū)域，合理安排里面的對(duì)象，給它們運(yùn)行相同的例程，這樣的做法類似著色器：著色器會(huì)接收并處理一整塊像素。如果你在設(shè)計(jì)時(shí)盡可能保持較小的數(shù)據(jù)量，這些數(shù)據(jù)會(huì)被高效地緩存，從而盡可能縮短CPU處理時(shí)間。
在《行尸走肉：行軍作戰(zhàn)》中，64x64位數(shù)據(jù)網(wǎng)格上的光線投射幾乎是沒(méi)有任何消耗的，因?yàn)檫@些數(shù)據(jù)都在緩存中，并且整個(gè)導(dǎo)航數(shù)據(jù)區(qū)域小于1KB。
慎用線程
不管是通過(guò)多處理器還是單處理器進(jìn)行處理，慢代碼還是慢代碼。如果不確保數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)盡可能緊湊，你只需將低效結(jié)構(gòu)復(fù)制到多處理器中。
請(qǐng)考慮使用攤銷，因?yàn)檫@個(gè)方法比線程處理更簡(jiǎn)單。然而，如果確實(shí)需要用線程處理代碼，代碼高效且能夠攤銷處理，該過(guò)程可以變得更簡(jiǎn)單。
如何獲得漂亮的地形
為了在游戲中展現(xiàn)漂亮的地形，該團(tuán)隊(duì)使用JPEG中的yCbCR顏色空間。在JPEG壓縮格式中，這種顏色空間提供了高分辨率亮度值和低分辨率色度（CbCR）值。
他們將四個(gè)亮度紋理壓縮到一個(gè)紋理中，從而得到四種通用地形類型，可以根據(jù)其顏色生成多個(gè)地形。例如：棕色使地形看起來(lái)像泥土，綠色像草地。
他們通過(guò)頂點(diǎn)RGBA顏色通道（RGBA）添加Splat權(quán)重遮罩。通過(guò)將亮度通道用于高度映射和基于高度的混合效果，從而產(chǎn)生漂亮的過(guò)渡效果。最后將低分辨率色度層應(yīng)用于亮度高度圖，實(shí)現(xiàn)出美觀的地形效果。
總體結(jié)果是一個(gè)用于亮度數(shù)據(jù)的1024x1024紋理，整個(gè)世界和所有Splat映射一共使用了3.1MB數(shù)據(jù)。
重用地形網(wǎng)格制作水的網(wǎng)格
水的網(wǎng)格是克隆地形網(wǎng)格得到的。沒(méi)有使用深度圖，而是選擇通過(guò)移動(dòng)頂點(diǎn)到水面高度(vertexHeight=waterHeight)得到了“免費(fèi)的”深度緩沖區(qū)。
處理結(jié)果的差異是讓高度變成了深度。這樣做大大節(jié)省了資源，只用了一個(gè)紋理采樣/地形繪圖調(diào)用和一個(gè)紋理采樣/水繪圖調(diào)用就制作出了水的效果。
快速光照解決方案
對(duì)移動(dòng)設(shè)備來(lái)說(shuō)，渲染完整的PBR消耗的資源太多，所以他們使用了一種名為球面光照近似處理（Spherical Lighting Approximation）的方法。
通過(guò)這種方法將完整的PBR光照環(huán)境渲染為球面映射紋理，用于漫反射和鏡面反射效果。對(duì)于后續(xù)的mip等級(jí)，將平滑度數(shù)值的1/2存儲(chǔ)為之前的mip等級(jí)，然后使用對(duì)數(shù)空間編碼來(lái)實(shí)現(xiàn)4x強(qiáng)度的HDR。
然后在運(yùn)行時(shí)，可以選擇一個(gè)mip等級(jí)并在紋理中查看。而不是進(jìn)行光照計(jì)算。通過(guò)使用text2Dlod以適當(dāng)?shù)墓饣鹊燃?jí)對(duì)光照紋理進(jìn)行采樣。
該方法的優(yōu)點(diǎn)是可以使用任意數(shù)量的光線，只需要照亮球面并渲染即可。這樣能夠得到任意復(fù)雜的光照環(huán)境，里面帶有無(wú)數(shù)的光線、天空盒等。這是一個(gè)定制的完整PBR工作流程，比標(biāo)準(zhǔn)PBR工作流程快20％。
陰影
針對(duì)高性能陰影，該團(tuán)隊(duì)提出了一種解決方案，他們將陰影從上到下進(jìn)行渲染，高度在陰影平面之上。這樣會(huì)高效地創(chuàng)建距離場(chǎng)并支持基于高度的模糊效果，用于制作柔和陰影和自身陰影。
此外，由于存儲(chǔ)了對(duì)象的高度，因此它們可以將數(shù)值固定到接近陰影平面的位置，使陰影模糊，從而創(chuàng)造出適當(dāng)?shù)沫h(huán)境遮蔽近似效果。
多分辨率渲染
通過(guò)使用多分辨率渲染功能，使UI保持在高分辨率，同時(shí)讓3D世界從降低的填充率獲益。他們通過(guò)使用DPI來(lái)在多種設(shè)備尺寸上得到一致的效果，根據(jù)目標(biāo)DPI，范圍從200 DPI到400 DPI）來(lái)設(shè)置分辨率。
關(guān)于Asset Bundle資源包自定義構(gòu)建的一些小技巧：
1、只標(biāo)記要從代碼載入資源包的數(shù)據(jù)
2、解析依賴關(guān)系
將大型資源（如紋理和音效）放入指定資源包中
將共享資源放入指定資源包中
獨(dú)特的資源包含在父資源包之中
通過(guò)路徑命名資源包
3、不要使用資源包變體
為每個(gè)變體級(jí)別構(gòu)建唯一的清單
用Perforce檢查，預(yù)處理所有紋理和音效，構(gòu)建資源包，用Perforce恢復(fù)。
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