Cocos Creator引擎开发：VR基础概念与设置_（8）.VR性能优化-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/chenlz2007/article/details/147704637

VR性能优化

在开发虚拟现实（VR）游戏时，性能优化是一个至关重要的环节。VR游戏需要以高帧率（通常为90帧/秒或更高）运行，以确保用户不会感到晕动症。此外，VR设备的性能通常比普通PC或移动设备要低，因此需要更加精细地优化以确保游戏的流畅运行。本节将详细介绍在Cocos Creator引擎中进行VR性能优化的几种方法，包括优化渲染、减少资源占用、提升加载速度等。

优化渲染

1. 减少绘制调用

在VR游戏中，每帧的绘制调用次数对于性能的影响非常大。减少绘制调用可以通过合并材质、合并网格和使用批处理技术来实现。

合并材质

使用相同的材质可以减少绘制调用的次数。在Cocos Creator中，可以通过共享材质来实现这一点。


// 合并材质的示例代码

const sharedMaterial = new cc.Material();

sharedMaterial.effect = cc.Class({

    name: 'StandardMaterial',

    extends: cc.Material,

    properties: {

        // 定义材质属性

        mainTexture: {

            default: null,

            type: cc.Texture2D

        }

    },

    update: function () {

        // 更新材质属性

    }

});



// 为多个节点设置相同的材质

const nodes = [node1, node2, node3];

nodes.forEach(node => {

    const meshRenderer = node.getComponent(cc.MeshRenderer);

    if (meshRenderer) {

        meshRenderer.material = sharedMaterial;

    }

});

合并网格

合并多个网格可以减少绘制调用。Cocos Creator提供了cc.Mesh和cc.MeshRenderer组件来帮助实现这一点。


// 合并网格的示例代码

const mesh1 = new cc.Mesh();

mesh1.addSubMesh({

    primitive: cc.Mesh.PrimitiveType.TRIANGLES,

    indices: [0, 1, 2, 2, 3, 0],

    attributes: {

        position: new Float32Array([0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0]),

        color: new Float32Array([1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1])

    }

});



const mesh2 = new cc.Mesh();

mesh2.addSubMesh({

    primitive: cc.Mesh.PrimitiveType.TRIANGLES,

    indices: [0, 1, 2, 2, 3, 0],

    attributes: {

        position: new Float32Array([0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1]),

        color: new Float32Array([0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1])

    }

});



// 合并两个网格

const mergedMesh = new cc.Mesh();

mergedMesh.addSubMesh({

    primitive: cc.Mesh.PrimitiveType.TRIANGLES,

    indices: [0, 1, 2, 2, 3, 0, 4, 5, 6, 6, 7, 4],

    attributes: {

        position: new Float32Array([

            0, 0, 0, 1, 0, 0, 1, 1, 0, 0, 1, 0,

            0, 0, 1, 1, 0, 1, 1, 1, 1, 0, 1, 1

        ]),

        color: new Float32Array([

            1, 0, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1,

            0, 1, 0, 1, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 1, 1

        ])

    }

});



// 为节点设置合并后的网格

const node = new cc.Node();

const meshRenderer = node.addComponent(cc.MeshRenderer);

meshRenderer.mesh = mergedMesh;

2. 使用LOD（Level of Detail）

LOD技术可以在不同距离下使用不同细节的模型，从而减少远距离模型的绘制复杂度。Cocos Creator支持LOD系统，可以通过以下步骤设置。

创建LOD组

在编辑器中选择需要设置LOD的模型节点。
在属性检查器中点击“添加组件”按钮，选择“LOD Group”组件。
在LOD Group组件中添加不同级别的模型，并设置对应的切换距离。

代码示例


// 在代码中设置LOD

const lodGroup = node.addComponent(cc.LevelOfDetailGroup);

lodGroup.levels = [

    {

        mesh: meshHighDetail,

        distance: 0

    },

    {

        mesh: meshMediumDetail,

        distance: 10

    },

    {

        mesh: meshLowDetail,

        distance: 20

    }

];

3. 优化着色器

着色器是渲染管道中非常关键的一环，优化着色器可以显著提升渲染性能。在Cocos Creator中，可以通过以下方法优化着色器：

使用简单着色器

对于不需要复杂效果的模型，可以使用更加简单的着色器。


// 简单着色器示例

cc.Shader.define('SimpleShader', {

    properties: {

        mainTexture: { type: cc.Texture2D }

    },

    subShaders: [

        {

            passes: [

                {

                    name: 'simple-pass',

                    stencil: {

                        func: cc.StencilFunc.ALWAYS,

                        ref: 1,

                        mask: 0xFF,

                        zFail: cc.StencilOp.KEEP,

                        zPass: cc.StencilOp.REPLACE

                    },

                    vertex: `#version 300 es

                    in vec4 a_position;

                    in vec2 a_uv0;

                    out vec2 v_uv0;

                    void main() {

                        gl_Position = CC_PMatrix * a_position;

                        v_uv0 = a_uv0;

                    }`,

                    fragment: `#version 300 es

                    precision highp float;

                    in vec2 v_uv0;

                    out vec4 FragColor;

                    uniform sampler2D mainTexture;

                    void main() {

                        FragColor = texture(mainTexture, v_uv0);

                    }`

                }

            ]

        }

    ]

});

减少着色器中的计算

在着色器中减少不必要的计算可以提升性能。例如，可以避免在每个像素上进行复杂的光照计算。


// 优化后的着色器示例

cc.Shader.define('OptimizedShader', {

    properties: {

        mainTexture: { type: cc.Texture2D }

    },

    subShaders: [

        {

            passes: [

                {

                    name: 'optimized-pass',

                    stencil: {

                        func: cc.StencilFunc.ALWAYS,

                        ref: 1,

                        mask: 0xFF,

                        zFail: cc.StencilOp.KEEP,

                        zPass: cc.StencilOp.REPLACE

                    },

                    vertex: `#version 300 es

                    in vec4 a_position;

                    in vec2 a_uv0;

                    out vec2 v_uv0;

                    void main() {

                        gl_Position = CC_PMatrix * a_position;

                        v_uv0 = a_uv0;

                    }`,

                    fragment: `#version 300 es

                    precision highp float;

                    in vec2 v_uv0;

                    out vec4 FragColor;

                    uniform sampler2D mainTexture;

                    void main() {

                        vec4 baseColor = texture(mainTexture, v_uv0);

                        // 简化光照计算

                        vec3 lightColor = vec3(1.0, 1.0, 1.0);

                        vec3 lightDir = normalize(vec3(1.0, 1.0, 1.0));

                        vec3 normal = vec3(0.0, 1.0, 0.0);

                        float diff = max(dot(lightDir, normal), 0.0);

                        vec3 diffuse = diff * lightColor;

                        FragColor = vec4(baseColor.rgb * diffuse, baseColor.a);

                    }`

                }

            ]

        }

    ]

});

4. 使用遮挡剔除

遮挡剔除可以减少不必要的绘制调用，从而提升性能。Cocos Creator支持遮挡剔除，可以通过以下步骤设置。

启用遮挡剔除

在编辑器中选择需要进行遮挡剔除的节点。
在属性检查器中点击“添加组件”按钮，选择“Occluder”或“Occludee”组件。
配置遮挡物和被遮挡物的属性。

代码示例


// 在代码中启用遮挡剔除

const occluder = node.addComponent(cc.Occluder);

occluder.enabled = true;



const occludee = otherNode.addComponent(cc.Occludee);

occludee.enabled = true;

5. 减少过绘制

过绘制是指在同一个像素位置上多次绘制，这会显著降低性能。可以通过以下方法减少过绘制：

使用深度测试

深度测试可以确保只有最近的像素被绘制，从而减少过绘制。


// 设置深度测试

const material = new cc.Material();

material.effect = cc.Class({

    name: 'DepthTestMaterial',

    extends: cc.Material,

    properties: {

        // 定义材质属性

        mainTexture: {

            default: null,

            type: cc.Texture2D

        }

    },

    update: function () {

        // 更新材质属性

    }

});



material tec.setDepthTest(true, cc.CompareFunc.LESS_EQUAL);

使用透明度排序

对于透明对象，可以通过排序来减少过绘制。


// 透明度排序示例

const nodes = [node1, node2, node3];

nodes.sort((a, b) => {

    return b.getPosition().z - a.getPosition().z;

});



nodes.forEach(node => {

    const meshRenderer = node.getComponent(cc.MeshRenderer);

    if (meshRenderer) {

        meshRenderer.queue = cc.RenderQueue.TRANSPARENT;

    }

});

优化资源

1. 优化纹理

纹理是VR游戏中占用资源较多的部分之一。可以通过以下方法优化纹理：

使用压缩纹理

压缩纹理可以显著减少纹理的内存占用和加载时间。


// 设置压缩纹理

const texture = new cc.Texture2D();

texture.load('path/to/texture.png', function (err) {

    if (err) {

        cc.error(err);

        return;

    }

    texture.setFormat(cc.Texture2D.PixelFormat.RGBA_COMPRESSED_ETC1);

});

使用纹理图集

纹理图集可以将多个小纹理合并成一个大纹理，减少纹理切换的开销。


// 创建纹理图集

const atlas = new cc.SpriteAtlas();

atlas.addSpriteFrame('sprite1', new cc.SpriteFrame(texture1, cc.Rect(0, 0, 128, 128)));

atlas.addSpriteFrame('sprite2', new cc.SpriteFrame(texture2, cc.Rect(128, 0, 128, 128)));



// 使用纹理图集

const sprite = node.addComponent(cc.Sprite);

sprite.spriteFrame = atlas.getSpriteFrame('sprite1');

2. 优化模型

模型的优化对于提升VR游戏的性能同样重要。可以通过以下方法优化模型：

减少多边形数量

减少模型的多边形数量可以显著提升渲染性能。可以使用模型简化工具（如Blender的Decimate Modifier）来减少多边形数量。

使用简单的碰撞体

对于碰撞检测，可以使用简单的碰撞体（如球体、立方体）来替代复杂的模型。


// 设置简单的碰撞体

const collider = node.addComponent(cc.BoxCollider);

collider.size = cc.size(1, 1, 1);

3. 优化动画

动画的优化可以减少CPU和GPU的负担。可以通过以下方法优化动画：

使用关键帧动画

关键帧动画可以减少动画数据的大小，从而提升加载和运行性能。


// 设置关键帧动画

const animation = node.addComponent(cc.Animation);

const clip = cc.AnimationClip.create();

clip.addKeyframe(0, keyframe1);

clip.addKeyframe(1, keyframe2);

clip.addKeyframe(2, keyframe3);

animation.addClip(clip, 'idle');

animation.play('idle');

使用骨骼动画

骨骼动画比顶点动画更高效，可以显著减少动画数据的大小。


// 设置骨骼动画

const skeleton = node.addComponent(cc.Skeleton);

const skeletonData = new cc.SkeletonData();

skeletonData.load('path/to/skeleton.json', function (err) {

    if (err) {

        cc.error(err);

        return;

    }

    skeleton.skeletonData = skeletonData;

    skeleton.play('idle');

});

优化加载速度

1. 使用资源预加载

预加载资源可以减少游戏运行时的加载时间，提升用户体验。

预加载资源示例


// 预加载资源

cc.resources.load('path/to/texture.png', cc.Texture2D, function (err, texture) {

    if (err) {

        cc.error(err);

        return;

    }

    cc.log('Texture preloaded: ', texture);

});



cc.resources.load('path/to/model.json', cc.Model, function (err, model) {

    if (err) {

        cc.error(err);

        return;

    }

    cc.log('Model preloaded: ', model);

});

2. 使用资源分包

将资源分包可以减少加载时间，提升游戏的启动速度。Cocos Creator支持资源分包，可以通过以下步骤设置。

创建资源分包

在编辑器中选择需要分包的资源。
右键点击资源，选择“创建分包”。
配置分包的名称和路径。

代码示例


// 加载分包资源

cc.resources.loadBundle('myBundle', function (err, bundle) {

    if (err) {

        cc.error(err);

        return;

    }

    bundle.load('texture.png', cc.Texture2D, function (err, texture) {

        if (err) {

            cc.error(err);

            return;

        }

        cc.log('Texture loaded from bundle: ', texture);

    });



    bundle.load('model.json', cc.Model, function (err, model) {

        if (err) {

            cc.error(err);

            return;

        }

        cc.log('Model loaded from bundle: ', model);

    });

});

3. 使用资源热更新

资源热更新可以在不重启游戏的情况下更新资源，提升开发效率和用户体验。

配置资源热更新

在编辑器中打开“项目设置”。
选择“资源管理”选项卡。
启用“资源热更新”功能。

代码示例


// 检查并更新资源

cc.assetManager.checkForUpdates(function (err, hasNewVersion) {

    if (err) {

        cc.error(err);

        return;

    }

    if (hasNewVersion) {

        cc.assetManager.update(function (err) {

            if (err) {

                cc.error(err);

                return;

            }

            cc.log('Resources updated successfully');

        });

    } else {

        cc.log('No new resources to update');

    }

});

优化内存使用

1. 释放未使用的资源

及时释放未使用的资源可以减少内存占用，提升游戏性能。

释放资源示例


// 释放未使用的资源

cc.resources.release('path/to/texture.png');

cc.resources.release('path/to/model.json');

2. 使用内存池

内存池可以减少内存分配和释放的开销，提升游戏性能。

创建内存池示例


// 创建内存池

const pool = new cc.ObjectPool(() => {

    return new cc.Node();

}, (node) => {

    node.destroy();

});



// 从内存池中获取节点

const node = pool.get();

node.setPosition(cc.v3(0, 0, 0));

node.setParent(parentNode);



// 将节点放回内存池

pool.put(node);

3. 优化脚本

脚本的优化可以减少CPU的负担，提升游戏性能。

避免频繁的DOM操作

在VR游戏中，避免频繁的DOM操作可以显著提升性能。


// 避免频繁的DOM操作

let timer = 0;

const updateInterval = 0.1; // 每100ms更新一次



cc.ticker.setTickStep(updateInterval);

cc.ticker.setTargetFPS(90);



cc.ticker.schedule(() => {

    timer += updateInterval;

    if (timer >= 1.0) {

        // 每秒更新一次DOM

        document.getElementById('score').innerText = 'Score: ' + score;

        timer = 0;

    }

}, this, updateInterval);

使用缓存

缓存常用的数据可以减少计算和内存分配的开销。


// 使用缓存

const cache = {};



function getExpensiveData(key) {

    if (cache[key]) {

        return cache[key];

    }

    const data = computeExpensiveData(key);

    cache[key] = data;

    return data;

}



function computeExpensiveData(key) {

    // 模拟昂贵的计算

    let result = 0;

    for (let i = 0; i < 1000000; i++) {

        result += i;

    }

    return result;

}

优化CPU使用

1. 优化物理计算

物理计算是VR游戏中消耗CPU资源较多的部分之一。通过优化物理计算，可以显著提升游戏的性能和流畅度。以下是一些优化物理计算的方法：

减少物理检测频率

减少物理检测的频率可以显著降低CPU的负担。在Cocos Creator中，可以通过设置物理管理器的更新频率来实现这一点。


// 减少物理检测频率

const physicsManager = cc.director.getPhysicsManager();

physicsManager.setUpdateRate(10); // 每秒更新10次

禁用不必要的物理组件

禁用不需要物理检测的组件可以减少CPU的开销。例如，对于静态对象或不参与物理交互的对象，可以禁用其物理组件。


// 禁用物理组件

const collider = node.getComponent(cc.Collider);

if (collider) {

    collider.enabled = false;

}

2. 优化脚本执行

脚本的执行效率对游戏性能有重要影响。通过优化脚本，可以减少CPU的负担，提升游戏的响应速度和流畅度。

使用高效的算法

选择高效的算法可以显著减少CPU的计算时间。例如，对于频繁使用的搜索算法，可以使用二分查找替代线性查找。


// 使用二分查找

function binarySearch(array, target) {

    let left = 0;

    let right = array.length - 1;

    while (left <= right) {

        const mid = Math.floor((left + right) / 2);

        if (array[mid] === target) {

            return mid;

        } else if (array[mid] < target) {

            left = mid + 1;

        } else {

            right = mid - 1;

        }

    }

    return -1;

}

减少不必要的更新

避免在每一帧都执行不必要的更新操作。可以通过检查条件或使用定时器来减少更新的频率。


// 减少不必要的更新

let updateInterval = 0.1; // 每100ms更新一次

let timer = 0;



cc.ticker.schedule(() => {

    timer += updateInterval;

    if (timer >= 1.0) {

        // 每秒更新一次

        updateGameLogic();

        timer = 0;

    }

}, this, updateInterval);

3. 优化事件处理

事件处理也是消耗CPU资源的一个重要方面。通过优化事件处理，可以减少不必要的事件监听和处理，提升性能。

使用事件池

事件池可以减少事件对象的创建和销毁开销，提升性能。


// 使用事件池

const eventPool = new cc.ObjectPool(() => {

    return new cc.Event();

}, (event) => {

    event.target = null;

    event.release();

});



function triggerEvent(target, type, data) {

    const event = eventPool.get();

    event.initCustomEvent(type, data);

    target.dispatchEvent(event);

    eventPool.put(event);

}

优化事件监听

避免在每一帧都添加或移除事件监听器。可以在初始化时添加监听器，并在需要时解除监听。


// 优化事件监听

const node = new cc.Node();

node.on('touchstart', onTouchStart, this);



function onTouchStart(event) {

    // 处理触摸事件

    node.off('touchstart', onTouchStart, this); // 处理完后解除监听

}

优化网络通信

1. 减少网络请求

频繁的网络请求会显著增加游戏的延迟和带宽消耗。通过减少不必要的网络请求，可以提升游戏的性能和用户体验。

批量请求

将多个网络请求合并成一个批量请求，可以减少网络延迟和服务器负载。


// 批量请求示例

const requests = [

    { url: 'path/to/resource1', type: cc.Texture2D },

    { url: 'path/to/resource2', type: cc.Model }

];



cc.resources.load(requests, function (err, assets) {

    if (err) {

        cc.error(err);

        return;

    }

    assets.forEach(asset => {

        cc.log('Asset loaded: ', asset);

    });

});

2. 优化数据传输

优化数据传输可以减少网络带宽的消耗，提升加载速度和用户体验。

使用数据压缩

使用数据压缩技术可以减少传输数据的大小，从而提升加载速度。


// 使用数据压缩

function compressData(data) {

    return pako.gzip(data);

}



function decompressData(compressedData) {

    return pako.ungzip(compressedData);

}



cc.resources.load('path/to/resource.json', function (err, resource) {

    if (err) {

        cc.error(err);

        return;

    }

    const compressedData = compressData(resource.json);

    // 传输压缩后的数据

});

优化数据格式

使用高效的数据格式（如二进制格式）可以减少数据的大小和解析时间。


// 使用二进制格式

function serializeToBinary(data) {

    const buffer = new ArrayBuffer(data.length);

    const view = new DataView(buffer);

    for (let i = 0; i < data.length; i++) {

        view.setUint8(i, data[i]);

    }

    return buffer;

}



function deserializeFromBinary(buffer) {

    const view = new DataView(buffer);

    const data = [];

    for (let i = 0; i < view.byteLength; i++) {

        data.push(view.getUint8(i));

    }

    return data;

}



cc.resources.load('path/to/resource.bin', function (err, resource) {

    if (err) {

        cc.error(err);

        return;

    }

    const binaryData = resource.buffer;

    // 传输和解析二进制数据

});

优化音频

1. 优化音频资源

音频资源的优化可以减少内存占用和加载时间，提升游戏性能。

使用压缩音频

压缩音频文件可以显著减少文件的大小和加载时间。


// 加载压缩音频

cc.audioEngine.load('path/to/sound.mp3', function (err, audioClip) {

    if (err) {

        cc.error(err);

        return;

    }

    cc.log('Audio clip loaded: ', audioClip);

});

2. 优化音频播放

通过优化音频播放，可以减少CPU和内存的开销，提升游戏的流畅度。

使用音频池

音频池可以减少音频对象的创建和销毁开销，提升性能。


// 使用音频池

const audioPool = new cc.ObjectPool(() => {

    return cc.audioEngine.play('path/to/sound.mp3', false, 1.0);

}, (audioId) => {

    cc.audioEngine.stop(audioId);

});



function playSound() {

    const audioId = audioPool.get();

    if (audioId !== null) {

        cc.log('Playing sound with id: ', audioId);

    } else {

        cc.log('Audio pool is empty');

    }

}



function stopSound(audioId) {

    if (audioId !== null) {

        cc.audioEngine.stop(audioId);

        audioPool.put(audioId);

    }

}

减少同时播放的音频数量

限制同时播放的音频数量可以减少CPU和内存的开销。


// 限制同时播放的音频数量

const maxAudioCount = 3;

let currentAudioCount = 0;



function playSound() {

    if (currentAudioCount < maxAudioCount) {

        const audioId = cc.audioEngine.play('path/to/sound.mp3', false, 1.0);

        currentAudioCount++;

        cc.log('Playing sound with id: ', audioId);

    } else {

        cc.log('Too many sounds are playing');

    }

}



function stopSound(audioId) {

    cc.audioEngine.stop(audioId);

    currentAudioCount--;

}

总结

在开发VR游戏时，性能优化是一个持续的过程，需要不断地测试和调整。本文介绍了在Cocos Creator引擎中进行VR性能优化的几种方法，包括优化渲染、减少资源占用、提升加载速度、优化内存使用、优化CPU使用、优化网络通信和优化音频。通过这些方法，可以显著提升VR游戏的性能和用户体验，确保游戏在各种设备上都能流畅运行。

希望这些优化技巧对你的VR游戏开发有所帮助。如果你有任何其他问题或需要进一步的帮助，请随时联系Cocos Creator的官方支持或社区。
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