优化游戏性能：基本技术和工具

Newzoo 的《全球游戏市场报告》指出，2023 年全球游戏市场规模将达到前所未有的水平，收入达到 1840 亿美元。在如此快的发展速度下，游戏开发者必须打造玩家能够沉浸其中的体验，同时确保在不同设备之间切换时流畅运行。正因如此，游戏性能优化才显得尤为重要。

游戏性能优化是指提升游戏的各个方面，例如帧速率、图形质量、内存使用率以及对输入命令的响应速度。通过充分优化这些方面，开发者可以优化游戏体验，从而提高玩家的满意度和参与度。

优化游戏性能的重要性怎么强调都不为过。即使是轻微的性能问题也可能导致玩家陷入令人厌恶的境地，甚至迫使他们停止游戏。此外，由于现代游戏的功能更加复杂，且游戏设备种类繁多，实现最佳性能对于该行业的开发者来说面临着诸多挑战。

作为一名在游戏开发行业拥有超过 13 年经验的软件开发者，我撰写了这篇文章，旨在介绍游戏优化工具和技术。我们将讨论主要的性能指标、主要的优化方法、性能分析和调试软件，以及针对特定平台的加速方法。无论是有抱负的开发者还是游戏玩家，都能从中获得有关游戏性能提升的知识。

首要任务：了解游戏性能指标

性能指标是衡量系统能否提供流畅沉浸式体验的关键指标。每秒帧数 (FPS)是直接影响游戏流畅度和视觉质量的关键指标之一。更高的 FPS 通常可以提供更流畅的游戏体验，并减少令人不适的卡顿或画面撕裂感，而这种卡顿或画面撕裂感对于第一人称射击或赛车等快节奏游戏尤其不利。

此外， GPU（图形处理器）和CPU（中央处理器）的使用情况，也体现了游戏配置中工作负载和效率的分配方式。为了获得良好的性能，GPU 和 CPU 必须完美平衡，不成为瓶颈。例如，CD Projekt Red 发布《赛博朋克 2077》时，许多玩家遇到了严重的性能问题，这些问题源于 CPU 和 GPU 使用率优化不足，从而引发了关于硬件要求和游戏优化的讨论。

另一个重要指标是内存消耗。游戏能否快速加载并在复杂的游戏环境中无延迟地切换，取决于内存消耗。在《巫师 3》等游戏中，大量内存用于处理精细的开放世界和动态内容——这清楚地表明了更大的内存如何转化为更好的游戏体验。

输入延迟和网络性能同样重要；前者影响响应速度，这在竞技游戏中至关重要；后者则会影响多人游戏体验。糟糕的网络性能会导致游戏卡顿：一个典型的例子是《命运2》早期的一个显著问题，玩家在高风险的战斗中体验到操作延迟——这凸显了强大的游戏服务器基础设施的重要性。

这些指标是衡量游戏技术性能的基础，但最重要的是，它们决定了玩家如何感知和享受他们的体验，推动开发人员不断改进他们的技术。

继续前进，深入探索

让我们继续学习更多技巧。请注意，务必谨慎使用这些技巧，并进行适当的研究，以确保游戏的稳定性。

细节级别 (LOD)管理在提供高视觉保真度的同时，还能保持性能。您可以根据模型与摄像机的距离调整模型的复杂度——这将帮助您显著减少渲染的多边形数量，从而提升 FPS。采用动态 LOD 系统是大多数游戏引擎中开箱即用的标准方法。当我们谈到在不牺牲性能的情况下平衡精细的环境和广泛的绘制距离时，该系统至关重要。确保所有高多边形模型都具有正确配置的 LOD 至关重要，因为这会显著影响 GPU 性能。

遮挡剔除是另一种可以提高渲染效率的技术——它通过确保仅渲染玩家可见的对象来实现这一点。这种方法不会让 GPU 浪费资源来绘制隐藏在其他对象后面的元素。像《DOOM Eternal》这样具有类似走廊关卡拓扑的游戏尤其受益于这项技术：游戏中复杂的走廊环境可以显著提升性能，因为由狭窄通道隔开的房间可以选择性地渲染，而无需对其中的每个对象进行单独检查。这提高了在快节奏动作中保持高帧率的能力。

动态批处理和纹理贴图是解决游戏中大量绘制调用问题的常用技术，这通常是低端系统的瓶颈。动态批处理将相似的对象合并为一个绘制调用，通过纹理贴图将多个小纹理合并为一个大纹理，从而避免在绘制调用之间切换纹理。例如，Unity 引擎内置了对这些技术的支持，帮助开发者创作更高效的游戏。

着色器优化对于降低 GPU 的计算负载至关重要。一款画面惊艳但运行不佳的游戏，与一款画面出色、运行流畅的游戏，其区别在于着色器是否经过了适当的优化。例如，Epic Games 针对不同平台的《堡垒之夜》优化了着色器，以确保其在高端 PC 和移动设备上都能获得良好的性能。

此外，多线程技术利用现代多核处理器在各个线程之间分配工作负载，从而使游戏能够处理物理、AI 等复杂计算，而不会降低主游戏循环的速度。虽然所有游戏引擎都或多或少地使用了多线程技术，但它通常用于两个主要线程：主游戏逻辑线程和单独的图形处理线程。主线程处理所有游戏逻辑，然后将必要的信息传递给绘制线程，绘制线程负责准备数据，并在下一帧中将这些数据发送给 GPU，从而有效地执行后一帧的操作。

Unity 数据导向技术栈 (DOTS)中的一种较新方法也允许将多线程应用于游戏逻辑；尽管在实际游戏中的广泛实施仍处于萌芽阶段。

值得记住的是，在分析游戏性能时，如果在复杂的计算上花费了大量时间，开发人员可能会利用将这些任务卸载到单独的线程来优化性能的潜在好处。

分析和调试

我们不能仅仅停留在讨论优化技术——分析和调试工具在游戏开发中也必不可少。它们能够深入了解性能瓶颈和系统效率低下的原因。Unity 和 Unreal Engine 是两大领先的游戏开发平台，它们都提供了内置的分析器，帮助开发者提升游戏性能。Unity 的分析器用于实时优化游戏元素，而 Unreal 的分析器则提供了强大的选项来精准定位性能问题。在这方面，关键的第一步是使用这些工具来确定瓶颈是出在 CPU 还是 GPU 上，而这些引擎的内置功能通常足以满足需求。

在硬件方面，RenderDoc 是最受欢迎的 GPU 性能分析工具。此外，NVIDIA Nsight 和 AMD GPU PerfStudio 可以进行细致的审查，这对于图形密集型游戏至关重要。同样，像 Intel VTune 和 AMD CodeXL 这样的 CPU 分析工具可以优化计算操作，使游戏更加流畅。此外，平衡内存和网络性能也至关重要。Unity 提供了内存分析器，可以高效管理资源，而像 Wireshark 这样的工具可以降低延迟。

针对不同平台进行优化

最后，开发人员的一项重要工作是针对各种平台优化视频游戏，这涉及实施特定策略以确保在不同的硬件设置上实现最佳性能。

对于PC来说，开发者通常优先考虑可调整的图形设置，以适应各种硬件功能。像前面提到的《赛博朋克 2077》这样的游戏就是这种方法的典型例子，因为它提供了可调节的图形功能，让强大的设备以及配置较低的系统都能流畅运行游戏。

由于硬件不可更改，游戏主机面临着特定的优化挑战。开发者必须谨慎调整游戏以适应这些限制，例如 PlayStation 上的《最后生还者 第二部》，它通过细致的性能改进突破了旧硬件的极限。

另一方面，针对移动设备优化游戏则需要在不牺牲游戏质量的情况下最大限度地减少资源占用。像《绝地求生：刺激战场》这样的游戏通过使用较低分辨率的画面和更简单的粒子效果来实现这一点，从而保证在各种设备上都能获得流畅的体验。

在优化VR 和 AR技术方面，也面临着一些严峻的挑战，因为必须确保超高的帧率，避免玩家感到眩晕。开发者必须进行大量测试，并使用特殊技术，才能让 Oculus Quest 等平台上的游戏体验更佳，为玩家带来更愉悦的体验。

结尾

关于这个话题，还有很多值得探讨的地方。游戏优化的未来与技术的进步及其带来的挑战息息相关。正如我们之前所讨论的，随着次世代主机和高性能 GPU 的兴起，游戏开发者现在的任务是突破图形性能的极限，同时保持流畅的游戏体验。机器学习也在这一领域发挥着越来越重要的作用，各种算法正在被开发出来以改进渲染方法并统一测试流程。NVIDIA 的 DLSS 就是一项非常突出的技术，它利用 AI 实时增强低分辨率视觉效果，从而在不增加硬件负担的情况下获得更清晰的图像。这些技术进步将彻底改变游戏开发方式并提升玩家参与度。随着这一进程的推进，我们也将看到技术库的不断扩展。