前言
在实时渲染中，图形性能直接决定了应用的流畅度与沉浸感 —— 卡顿的画面、掉帧的交互会严重破坏用户体验，尤其在移动设备、VR 等对性能敏感的平台上。然而，图形性能优化并非盲目调整参数，而是需要基于精准的问题定位，针对性地优化 CPU 或 GPU 的负载。
本文将系统梳理图形性能优化的基础指南，从 “先定位问题” 的前提原则，到减少 CPU 渲染成本、降低 GPU 负载、合理控制渲染频率的具体策略，帮助开发者建立清晰的优化思路，在保证视觉效果的同时，让应用在不同硬件上高效运行。
一、优化前的准备：定位并理解问题
在进行任何优化前，必须先通过性能分析工具定位问题根源。若盲目调整参数，不仅可能浪费时间，甚至可能加剧性能问题。
图形性能问题可能出在 CPU 或 GPU 上，两者的优化策略截然不同：
- CPU 瓶颈：多由渲染命令（如绘制调用、状态切换）过多导致；
- GPU 瓶颈：可能因填充率、内存带宽或顶点处理压力过大引发。
建议先阅读 Unity Learn 的《Fixing performance problems》一文，系统学习性能分析方法，再结合具体场景制定优化方案。
二、减少 CPU 的渲染成本
CPU 在渲染中的主要工作是向 GPU 发送渲染命令（如绘制调用、状态切换），这些操作的开销往往是 CPU 性能瓶颈的核心。优化思路主要包括以下三个方向：
2.1 减少渲染对象的数量
精简场景对象：通过天空盒模拟远处几何体，减少实际需要渲染的模型数量；
强化剔除逻辑：
- 使用遮挡剔除（Occlusion Culling），避免渲染被其他物体遮挡的对象；
- 调小相机的远裁剪面（Far Clip Plane），让远处物体超出视锥体范围而不被渲染；
- 按图层（Layer）设置精细化的裁剪距离（通过Camera.layerCullDistances），例如让远景图层更早被剔除。
2.2 减少每个对象的渲染次数
烘焙光照与阴影：对静态场景使用光照贴图（Lightmapping）预计算光照和阴影，减少实时光照计算；
优化实时光照：在前向渲染（Forward Rendering）中，减少影响对象的逐像素实时光源数量（逐像素光照会增加渲染批次）；
谨慎使用实时阴影：实时阴影是 CPU/GPU 的高负载来源，可通过降低阴影分辨率、扩大阴影距离范围等方式优化（详见《Shadow troubleshooting: Shadow performance》）；
优化反射探针：合理设置反射探针（Reflection Probes）的更新频率和范围，避免过度采样（详见《Reflection Probe performance》）。
2.3 优化渲染命令的提交效率
通过 “批处理” 将多个渲染命令合并为高效的批次，减少 CPU 与 GPU 的通信开销。具体方法可参考《Optimizing draw calls》，核心思路包括：
- 静态批处理（Static Batching）合并静态对象；
- 动态批处理（Dynamic Batching）合并小型动态对象；
- GPU 实例化（GPU Instancing）渲染大量重复对象。
这些方法不仅能减少 CPU 开销，往往也能降低 GPU 的负载（例如减少重复的几何体处理）。
三、减少 GPU 的渲染成本
GPU 的性能瓶颈主要源于三个方面：填充率、内存带宽、顶点处理。需根据具体瓶颈制定优化策略：
3.1 解决填充率瓶颈
填充率是 GPU 每秒能绘制的像素数量。若填充率不足，意味着 GPU 在一帧内需要绘制的像素过多。优化方向包括：
减少过度绘制（Overdraw）：重叠的透明元素（如 UI、粒子、精灵）是过度绘制的主要来源，可通过 Unity 编辑器的 “Overdraw Draw mode” 识别问题区域，精简透明对象或调整绘制顺序；
优化片段着色器：减少片段着色器的计算复杂度（如简化光照模型、减少纹理采样次数），具体可参考《Shader Performance》；
使用轻量着色器：若使用 Unity 内置着色器，优先选择 “Mobile” 或 “Unlit” 类别 —— 它们在非移动平台同样可用，且是复杂着色器的简化版本，性能更优；
动态分辨率（Dynamic Resolution）：通过动态缩放渲染目标（Render Target），减少每帧需要绘制的像素数量。
3.2 解决内存带宽瓶颈
内存带宽是 GPU 读写专用内存的速度。若带宽不足，通常是因为纹理数量过多或尺寸过大。优化方法包括：
- 启用多级纹理（Mipmaps）：对于距离相机远近变化的纹理（如 3D 场景中的大部分纹理），启用多级纹理可让 GPU 在远处使用低分辨率纹理，减少内存带宽占用（代价是增加内存和存储占用）；
- 使用合适的纹理压缩格式：压缩后的纹理能显著减少内存占用和带宽需求，同时加快加载速度。选择与目标平台兼容的压缩格式（如 ASTC、ETC2），平衡画质与性能。
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3.3 解决顶点处理瓶颈
若 GPU 的顶点处理压力过大，说明需要处理的顶点数量超出其能力范围。优化策略包括：
- 优化顶点着色器：减少顶点着色器的计算逻辑（如简化变换、剔除冗余运算），参考《Shader Performance》中的着色器优化建议；
- 精简几何体：避免使用过多三角形，减少 UV 接缝和硬边导致的顶点冗余（详见《Creating models for optimal performance》）；
- 使用 LOD（细节层次）系统：根据对象与相机的距离，动态切换不同精度的模型（远距用低面数模型，近距用高面数模型）。
四、降低渲染频率
有时，不必每帧都渲染画面 —— 降低渲染帧率不会减少单帧的 CPU/GPU 成本，但能减少单位时间内的渲染次数，同时不影响脚本执行等其他操作的频率。
这种策略的核心价值在于：
- 减少不必要的功耗，延长移动设备的电池寿命；
- 降低设备发热，避免因过热导致的 CPU 降频。
适用场景包括：菜单界面、暂停屏幕、回合制游戏（等待输入时）、以静态内容为主的应用（如汽车 UI）。
实现方式
通过OnDemandRendering API 调整渲染帧率。该 API 与 Adaptive Performance 包配合效果更佳，可根据设备性能动态适配。
注意：VR 应用不支持按需渲染 —— 非每帧渲染会导致画面与头部运动不同步，增加晕动症风险。
总结
图形性能优化的核心是 “精准定位问题 + 针对性优化”：
- 先通过性能分析工具判断瓶颈在 CPU 还是 GPU；
- 对 CPU，重点减少渲染命令（绘制调用、状态切换）和渲染对象数量；
- 对 GPU，根据填充率、带宽、顶点处理的瓶颈，优化纹理、着色器或几何体；
- 合理降低非必要场景的渲染频率，平衡性能与功耗。
通过这些基础策略，可在保证视觉效果的前提下，显著提升应用在不同平台的运行效率。
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