利用Intel® Graphics Performance Analyzers (Intel® GPA) 优化Earth From Another Sun图形性能

背景信息

IntelGPA是一款非常强大便捷的图形分析工具，开发者可以轻松使用IntelGPA来快速定
位ReleaseBuild的性能问题抑，其强大的单针抓取功能可以非常精准的定位到性能热点抑
或是Debug显示错误。
本文我们将以正在开发中的游戏Earth From Another Sun为例，想大家介绍IntelGPA的使用方法。
本次优化的目标主是让GTX1060-3G在我们的压力测试场景中，在中画质的情况下始终保
持60帧+的帧数。

下载地址:
https://software.intel.com/content/www/us/en/develop/tools/graphics-performance-analyz
ers.html

使用IntelGPA快速定位系统瓶颈：

图形显示器(GraphicsMonitor)

安装完IntelGPA后，运行GraphicsMonitor，利用GraphicsMonitor启动需要debug的程
序，这里我们启动EFAS

进入游戏后可以看到GraphicsMonitor的GUI，按ctrl+f1切换模式：

可以从GraphicsMonitor中得知，在压力测试场景下，游戏的帧数在50左右，离60的目
标帧数是有一定差距的，那么我们接下来DEBUG一下性能。

利用override模式，我们可以快速debug到系统瓶颈所在，这里我们介绍几个非常效率的
常用模式：
NullHardware/DisableDrawCall：
一般用于快速确定系统的瓶颈在CPU还是GPU，如果开启后帧数没有提高，往往说明瓶颈
在CPU，NullHardware暂时只支持Intel显卡，我们的测试平台是GTX10603G，开启Disable
DrawCall后，游戏帧数达到了90FPS，可以确定系统瓶颈在GPU端：

1x1ScissorRect：
可以屏蔽显卡光栅化（Rasterization）之后的大部分计算，这个模式主要包含的计算包括
vertex阶段的计算，在EFAS中还包含了部分特效，computeshader以及蒙皮的计算：

在1x1ScissorRect模式下，游戏帧数也有了较大的提升，这说明在光栅化之前的计算负担
成为了瓶颈。针对这种情况，可以通过使用更低的LOD来降低场景面数，将部分GPU程
序用CPU多线程重写，将蒙皮计算挪到CPU端计算来实现更为合理的计算资源分配。

Simplepixelshader:
顾名思义，这个模式可以消除pixelshader的计算，在EFAS中带来了大概10帧左右的提
升。

Texture2x2：
这个模式会强制场景中的所有贴图都用一个2x2的4色贴图来渲染，在EFAS中这个模式
并没有带来什么提升。如果遇到这方面的瓶颈，在UNITY/UE4等主流引擎中可以尝试用
virtualtexture/TextureStreaming技术，或者是在资源倒入引擎时限制贴图分辨率，抑或是
减少贴图取样（texturefetch）来消除瓶颈。

DisableAlphabending：
这个模式将消除半透明混合所带来的瓶颈，在我们当前的场景没有遇到这个瓶颈。实际上个
别场景我们被大量的半透明极大的影响了性能，EFAS主要是将这部分计算转换成基于屏幕
的计算来消除瓶颈。

通过GraphicsMonitor我们能快速的定位到系统的瓶颈所在，接下来我们将利用Graphics
Frameanalyzer。

GraphicsFrameanalyzer

在游戏中按下快捷键ctrl+shift+c可以快速截取当前帧的快照进行详细分析，运行Graphics
Frameanalyzer可以打开快照，对每个指令进行详细的性能debug:

这里我们主要想快速debug性能问题，所以将单位选为GPUElapsedTime:

可以看到几个延时很高的GPU指令。当然，从延时最高的部分开始优化是一个不错的主意，
不过考虑到我们是deferredrenderer,这样的绘制延时分布也是有一定原因的。我们先来验
证一下刚刚把蒙皮计算挪到CPU上的思路是否可行。
在GraphicsFrameanalyzer(GFA)中，我们可以看到每一个绘制指令的详细内容，根据GFA
中的GPU程序Exe，我们快速定位到了所有的蒙皮指令，并且还发现了一个看不到的模型
的蒙皮计算：

很明显这个敌人在画面中并没有出现，它却参与了蒙皮计算，看来是culling设置的问题，
选中了所有的蒙皮计算后，发现蒙皮计算只占用了0.11ms，看来刚刚把蒙皮转移到CPU
的想法并不能有效解决瓶颈问题，考虑到计算资源的特性，可能还会给CPU造成过多压力。
除了蒙皮以外的GPU程序消耗还还不到100us,看来这一部分已经优化的相当好了。

EFAS是一款基于UNITYSRP开发的游戏，可以利用Sampler和Commandbuffer在渲染
管线中插入自定义debugsample，并且这些sampler是可以在GPA下显示的，开启debug
region后，我们可以轻松在GPA中了解到SRP中的每一个环节的延时：

一目了然，阴影，光照计算和一个半透明效果计算占了大部分，并且体积光的延迟也不小。
针对光照计算的优化，烘焙光，以及降动态阴影质量，都能带来的提升。为了保证帧数，我
们也考虑在中画质中关闭体积光计算。放弃SSS材质，用depthfog和粒子代替体积光体
积雾。
针对ForwardTransparent的不合理延时，我们里可以点击柱状图一探究竟。结果发现有一
片不显眼的半透明粒子覆盖了大量屏幕面积，并且重叠了很多层：

经过检查，图中的粒子效果有多层叠加，并且所使用的shader会计算光照，这都是没必要
的。我们替换了unlitshader，并且降低了粒子分辨率之后，得到了喜人的结果：

我们将问题粒子的绘制延迟从0.97ms降低到了0.035ms，并且效果基本没变！

结语：

利用IntelGPA，我们可以非常高效的定位系统的瓶颈，并且非常准确的找到计算资源的分
配，快速对优化方式作出判断。