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unity关于自定义渲染、内存管理、性能调优、复杂物理模拟、并行计算以及插件开发

article 2024/11/14 14:07:48

创建Shader
- 在“Project”窗口右键选择“Create” > “Shader” > “Unlit Shader”或“Standard Surface Shader”。
- 编写Shader代码以实现自定义的光照、阴影效果。Unity的ShaderLab语言结合了HLSL（High-Level Shading Language）代码，可以控制渲染管线的各个阶段。
Shader Graph
- Unity提供了Shader Graph工具，适合不熟悉Shader编程的用户，通过节点式界面可视化创建复杂的Shader效果。
- 使用Shader Graph创建的Shader可以直接应用于材质（Material），调整参数会实时更新效果，方便调试和优化。
渲染管线自定义（SRP）
- Unity提供了Scriptable Render Pipeline（SRP），允许开发者定义专属的渲染管线（如URP、HDRP）。
- 可以通过C#脚本自定义渲染流程，以控制光照、后处理效果等，以满足特定的视觉需求。URP适合移动平台和低端设备，而HDRP则主要用于高端PC或主机开发。

资源加载（Asset Bundles与Addressables）
- 使用Asset Bundles可以打包、加载和卸载特定的资源，适合大型项目和跨场景的资源管理。
- Addressables系统进一步简化了资源加载与卸载过程，提供了更灵活的异步加载功能，特别适合多场景的大型游戏项目。
内存优化
- 通过Profiler工具监控内存使用情况，特别关注Textures、Meshes和Audio Clips这些占用内存较多的资源。
- 使用“UnloadUnusedAssets()”方法释放不再使用的资源，并减少内存泄漏的风险。
- 避免在实时运行时频繁创建和销毁对象，以免产生垃圾回收（Garbage Collection）负担。使用对象池（Object Pooling）管理重复创建的对象。

代码优化
- 尽量减少Update()中的代码，改为使用事件驱动的方法。对于需要定时处理的内容，可使用InvokeRepeating()或Coroutine以节省性能。
- 避免频繁使用Find、GetComponent等方法，它们会影响性能。可以提前缓存组件引用，特别是当引用会频繁使用时。
批次合并（Batching）
- Unity支持动态批处理和静态批处理。静态批处理适用于场景中的静态对象，可以显著降低Draw Call次数。
- 动态批处理适用于小型的可移动对象，但仅适用于顶点少于900的网格，超出则无法批处理。
后处理与效果优化
- 使用Post Processing（后处理）来统一控制场景的光照、颜色和滤镜效果。合理控制Bloom、Motion Blur、Ambient Occlusion等效果的强度，减少不必要的资源消耗。
- 在移动平台开发中，避免过度使用复杂的效果，如实时反射、动态阴影等，可以使用烘焙的光照和Reflection Probe代替。

Rigidbody优化
- 避免在复杂物理场景中使用非必要的Rigidbody组件。对于需要碰撞检测但不需要移动的物体，可以使用Collider组件而不附加Rigidbody。
- 调整物体的碰撞检测模式（Collision Detection Mode），减少性能消耗。在高速运动的对象上可以设置为“Continuous Dynamic”模式，但通常建议使用“Discrete”模式以节约资源。
软体物理与布料模拟
- Unity的Cloth组件可以用来模拟布料、旗帜等物体的动态效果，但计算开销较大。建议在场景中尽量减少Cloth组件的数量，并适当调低Cloth Solver的分辨率。
- 通过Physics Material来调整物体的摩擦力、反弹力等物理参数，以模拟逼真的碰撞效果。还可以通过Joints（如Hinge Joint、Spring Joint）实现软体物体的行为。
复杂碰撞体的优化
- 使用复合碰撞体（Compound Collider）来简化复杂形状对象的碰撞检测，例如多个Box Collider的组合。
- 对于粒子系统和大量小型物体，尽量使用简化的触发检测（Trigger）来减少计算负担。

Jobs系统
- Unity的Jobs System允许将计算密集型任务（如AI计算、路径规划）分配给多个线程来执行，提高CPU利用率。
- 结合Burst Compiler可进一步优化计算性能，使代码运行效率接近原生C++。
Entity Component System（ECS）
- ECS是Unity的全新数据驱动架构，适用于需要处理大量对象的大型项目。ECS通过数据分离的设计将组件拆分，极大提升了性能。
- Jobs和ECS结合使用，适合制作开放世界、沙盒类的游戏场景。通过数据驱动的编程方式可以轻松管理数万计的游戏对象。

自定义编辑器工具
- 可以通过编写Editor脚本定制Unity的Inspector面板，实现例如批量修改对象、参数调节工具、自动化场景生成等工具。
- 利用CustomEditor特性编写专属的Inspector界面，让参数调试更加直观，提升开发效率。例如，自定义Shader的参数调节面板，让美术和策划可以直接操作颜色、透明度等属性。
Asset Importer定制
- 可以通过继承AssetPostprocessor编写资源导入脚本，比如自动设置导入的模型缩放、自动生成碰撞体等。这样可以在资源导入时自动应用指定的设置，减少手动操作。
插件开发与集成
- Unity允许集成C++库，通过C#调用本地代码（Native Plugin），以解决高性能需求场景。
- 可以通过编写Native Plugin，将一些高性能的计算任务委托给本地代码执行，以进一步优化性能。这种方式特别适用于对性能要求极高的系统，例如流体模拟或复杂的数学计算。

Profiler与Frame Debugger
- 使用Profiler工具监控CPU、GPU、内存、渲染等资源的使用情况，找出性能瓶颈。Frame Debugger可以逐帧查看渲染过程，方便定位渲染问题。
性能基准测试（Benchmarking）
- 编写自动化性能测试脚本，记录帧率和内存使用情况，了解不同硬件配置下的表现。可以利用Unity Test Framework来搭建测试框架。
Crash Report与Error Logging
- 开启Unity的Crash Report服务，自动收集游戏运行中的崩溃信息和日志，有助于定位和修复Bug。
- 使用Application.logMessageReceived捕获运行时的错误信息，并输出到日志文件中，方便后续分析。