虚幻引擎大神分享：如何克服VR眩晕提高帧数

　　VR已经成为了当今最火热的一个话题，带上头盔之后，从此进入一个奇妙的世界，在这里你不再是观众，你参与这个世界发生的每一件事件。整个世界从此与众不同。在赛道上飞驰，在战场上纵横。

　　但是生理机制让我们的大脑在身体并没有移动，而视觉在不断告诉我正在飞速前行的迷惑中产生了晕眩。如何解决因为VR而产生的眩晕，就成为每一位设计师需要面对的问题。

　　引起VR眩晕有很多原因，比如设计上的，技术上的。渲染的帧数高低必定是其中一个最主要的原因之一。关于UE4里对VR内容的优化方法和思路大部分是和传统的3D游戏优化是一致的，有部分是VR尤其相关的。接下来就以Oculus为平台和大家一起分享一下在UE4里常见内容的一些设置和优化的思路和方法。

　　在10月24日精彩落幕的2015创领发现 VR DAY的活动中，主办方创领发现(UCCVR)邀请到了虚幻引擎的原厂技术大牛来现场与各位VR相关的制作人/开发者进行面对面的交流与分享，他分享的主题为：克服VR眩晕之帧数：提升UE4内容实时渲染效率。下面让我们来仔细解读一下该场分享的技术内容。2015创领发现VR/AR行业大赛，可以登录www.uccreate.com官方网站进行提前报名，不限于Demo或者成品，大赛截止时间安排在于明年3月。

　　首先我们来看一个优化过程的实例，先有个大概的了解。打开一个UE4下载的项目，particle cave，VR preview，带上眼镜就能体验了，对，就这么简单，虽然说这个并不是一个针对VR的项目。

　　这里做了一些简单的设置：

　　1. 我们发现摄像机是以预设轨道在飞，而且明显感觉帧率不高，感觉好晕。为了比较方便衡量接下来优化，我做了一些摄像机的设置，让摄像机开始游戏后固定在一个我认为帧数最低的画面。

　　2. 确保帧数没有被限制住，关闭垂直同步，把最高帧数限制上限提高好了，再run一下，固定住了，转转头可以，真的挺卡的。

　　再接个命令证实一下，最直接和GPU渲染效率有关的就是分辨率。HMD、SP100、54FPS，帧数立马提高不少，果然是GPU渲染瓶颈!

　　降低渲染品质Adjust scalability to medium、72FPS。成功了吗? 还没有，这个方式太暴力了，肯定不是最优的优化结果。因为肯定有些可以进一步做大量的优化，有些和视觉相关的比较大的调整可以提高质量。而非粗暴的都调低，那接下来就得找原因了。

　　打开GPUprofiling: (Ctrl+Shift+,)看下最大的GPU开销在哪里：

　　Base pass: Deferred Decals

　　Lighting: ReflectionEnvironment:

　　Translucency: Postprocessing:

　　从最大开销的几个点入手： BASEPASS: 敲入几个渲染选项命令行： r.Earlyzpass 1：增加draw calls和一部分GPU的消耗，但大大降低base pass的消耗，关闭了一些不需要的PP效果，采用一套最优POP设置组合：

　　Postprocessing setting:

　　Scene color;

　　Fringe intensity 0

　　Grain intensity 0

　　Color grading intensity 0

　　Bloom setting

　　LPV 0

　　Ambient occlusion 0

　　DOF Method Gaussian, 其他参数全部 0

　　Motion blur all 0

　　AA FXAA

　　SSR 0 MAX roughness 0.01

　　Ambient cubemap 0

　　再VR preview一下，结果还是75FPS，当然了，DK2上的封顶是75FPS，再优化看不出效果13.39ms、75FPS。

　　把品质调高成high、Scalability high，现在画面还是75FPS，现在算优化完了吗? 其实还可以再进一步优化，这时候的优化就是以尽量提升画质但不降低帧数为目的。

　　让我们来看看还有哪些还可以优化的?之前的Translucency花费好高。

　　Viewmode： shade complexity 好红, 一堆overdraw Decal的花费也很高， Stat scenerendering, decals in view环境反射的花费很高: 选中sphere reflection capture，看一下总共有几个，观察他们影响范围是否重叠严重。 

　　Vertex intensity：好密啊。高密度的三角面几乎看上去就像一个实体了，一个三角面的大小在屏幕上的面积小于2*2个像素就会极大的增加开销。

　　还有Particle 。现在基本上已经定位到可执行层面的原因了，一些原因也已经通过可接受的渲染参数调整解决了;另外一些就必须要artist来优化Assets本身了。哪些工作最快，质量损失最小，能够换其他更能提升品质的选项。

　　启示他们并不需要这么多面，assets的优化需要更多的时间。把scaleability有些选项提升到EPIC，当然他们并不是全部。　

　　一些引起DRAW CALL数量多的原因：

　　同屏看到的Actor太多，如果材质复杂这个因素还会加成。合并Actor，尤其是中远处。

　　材质ID太多(or Section; Mesh elements)。重用材质贴图，尽量把同一材质物体合成为一个物体。

　　每个actor上的feature太多。主要是增加投影的属性，增加custom depth的属性。

　　太多灯光投影(这里投影的消费来自于需要计算哪些物体需要被投影)

　　MESH DRAW CALL往往是个大头，MESH ID 的数量可以在STATISTICS统计可以很方便的查看，从经验判断哪些资源制作不合理。

　　 关于ACTOR设置feature会增加DRAW CALL数的是投影和custom depth，可以通过一些工具来检查这些设置。使用property matrix来过滤，检查，并修改。 

　　 另外一个经常使用的查找原因的方法排除法：通过隐藏各种元素，寻找哪个是导致DRAW CALL数量的主要原因。记得隐藏HUD，有的时候HUD也是消耗系统资源的大头之一。

　　Showflag.slate 1如果是GPU瓶颈，最快速的验证方式就是改变分辨率，降低分辨率可以极大提高帧数。为了抵消畸变纠正而产生的图像模糊，或者分辨率的丢失，在渲染的的buff里往往是实际屏幕尺寸的120-130%，这样增加了图像的锐利度，但降低了渲染的速度。

　　HMD SP全称是HMD 的screen percentage，这个参数就是来修改渲染buff的尺寸的，HMD SP 120是默认值，改成100看看。

　　如果像刚才例子看到的，帧数有大幅度的提高，那就是GPU负担太大的问题了，如果分辨率的改变对于帧数影响不大，很有可能是因为面太多了。 

　　对这些内容重点做检查，看看有没有超标的现象出现：

　　分辨率

　　HMD SP

　　投影贴图

　　面数/点数(灯光的多少，阴影的设置，多少物体)

　　LOD,关闭shadow，灯光屏幕面积

　　面数密度太高，高到一个三角面小于2*2的像素，这个往往发生在远处物体

　　点处理，点太多

　　点动画的shader太复杂

　　tessellation太复杂

　　太多UV，太多SG

　　查看staticmesh editor里点和面数的差别是否大

　　点没有合并等

　　view cost(HZB occlusion culling)

　　Precumputed visibility volume

　　Scene cost GPU particle simulation

　　材质复杂度

　　quality switch，sin, pow, cos, divide, Noise很费

　　由于Texture 太多，太大Texture caching反复的page in and out of 显存

　　遮挡的culling计算

　　Precumputed visibility volume

　　延迟灯光

　　当使用lighting function，IES，接受投影，区域光，复杂shading modes的时候会变得更贵。

　　反射ssr有问题，关掉。

　　后期，AO，很费。 

　　知道哪里有问题了，接下来就可以着手行动了，但之前做个目标规划还是可以事半功倍的。最小化图像质量妥协，是一种有的放矢的妥协策略。比如高质量的阴影对于高品质的抗锯齿而言对于最终项目实际的表达效果次要。减小阴影品质来换取高品质AA就是一种有的放矢的妥协策略。因此尽量大的减小不是非常关心的渲染品质部分，增加更可见的渲染品质部分。

　　从容易做起，从开关一些渲染选项，品质参数调整，到直接删东西，优化一个用到几百次的物件，这些都是立竿见影的方式，这样可以做允许的时间计划内完成目标，如果有更多时间和预算可以对相对低性价比的。目标75帧是必须的，不要说68，70，都不行，必须75，做实际体验中有很大区别。 

　　最常见的问题所在：

　　测试环境不合适，灯光没有build

　　Actor或者材质ID太多

　　面太多，没有任何的LOD设置

　　灯光使用没有节制：各种动态投影，灯光类型随意

　　没有合理的设置CULL的条件

　　透明太多

　　Postprocess太高级了

　　这些原因又互相影响，一方面的增加也会增加另外方面的开销： 

　　其他一些VR的特有行为：

　　VR 需要畸变色差纠正

　　VR需要双屏

　　VR需要更大的渲染分辨率

　　VR需要传递传感器信息

　　比如对于Oculus部分是在驱动层级做掉了，比如如何纠正畸变，如何双屏，如何传递传感器信息。对于传感器信息和视频匹配的准确性，以及渲染的屏幕覆盖率，在UE4里是可以根据需要来修改的，除了这些，其他就和以往的优化思路一致了。

　　创建测试环境，找原因：

　　Testing in a stable enviroment

　　run Standalone game

　　use pause or slomo 0.001 to prevent random numbers

　　Measuring few times

　　确保帧数不封顶

　　s.Vsync 0

　　s.MaxFPS

　　了解瓶颈

　　GPU瓶颈

　　profileGPU(ctol+shift+,)

　　分辨率

　　HMD SP

　　投影贴图

　　面数/点数(灯光的多少，阴影的设置，多少物体)

　　LOD,关闭shadow，灯光屏幕面积

　　面数密度太高，高到一个三角面小于2*2的像素，这个往往发生在远处物体

　　点处理，点太多

　　点动画的shader太复杂

　　tessellation太复杂

　　太多UV，太多SG

　　查看staticmesh editor里点和面数的差别是否大

　　点没有合并等

　　view cost(HZB occlusion culling)

　　Precumputed visibility volume

　　Scene cost GPU particle simulation

　　材质复杂度

　　quality switch，sin, pow, cos, divide, Noise很费

　　遮挡的culling计算

　　Precumputed visibility volume

　　延迟灯光

　　当使用lighting function，IES，接受投影，区域光，复杂shading modes的时候会变得更贵

　　反射ssr有问题，关掉，后期AO，很费

　　cup瓶颈，CUP GAME瓶颈

　　stat game

　　AI复杂度

　　raycast

　　物理

　　内存分配

　　CUP RENDER瓶颈

　　stat scenerendering

　　材质ID太多

　　重用材质贴图，尽量把同一材质物体合成为一个物体

　　actor太多，如果材质复杂这个因素还会加成

　　合物体，尤其是中远处

　　每个actor上的feature太多，比如增加投影的属性，增加custom depth的属性

　　太多灯光投影(这里投影的消费来自于需要计算哪些物体需要被投影) 

　　找到瓶颈的方法：

　　stat unit

　　disable一些stuff，然后看效率上的区别

　　一些可调的show flag

　　开关屏幕反射

　　开关AO

　　开关AA

　　开关bloom

　　开关延迟灯光

　　开关灯光类型

　　开关动态阴影

　　开关GI

　　开关后期

　　开关环境反射

　　开关折射

　　开关贴画

　　开关半透明

　　开关tessellation

　　viemode

　　ProfileGPU

　　ProfileCPU

　　stat game

　　stat scenerendering

　　Profiler 

　　后期优化首选项：

　　Scene color fringe;

　　ambient cubemap,

　　image based lens flares;

　　LPV off;

　　Grain intensity,

　　DOF off,

　　ssr off,

　　or roughness 0.01;

　　Motion blur off

　　最后选择的参数需要应用到DEVICE PROFILES里或者BP里： 

　　减小shader的 instruction的数量、减少Texture sample的数量、把经常使用到同一个物体上的Pattern合在一张贴图上;去掉对质量影响很小的贴图，比如Specular，AO在实际情况中平衡来使用quality switch，sin, pow, cos, divide, Noise，多向量的计算总是大于单向量的计算。