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虚幻引擎5跨平台游戏优化实战:从Nanite到内存管理的完整解决方案


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源视频信息

标题:[UFSH2025]虚幻引擎5跨平台游戏优化策略 | 沈慧良 维塔士上海工作室 技术总监

时长:30分45秒

视频链接:https://www.bilibili.com/video/BV1y62PBeEcA

本文由AI辅助生成,基于视频内容的字幕和截图整理而成


导读

核心观点

  • UE5跨平台开发面临引擎版本频繁迭代、目标平台多样化、长时过场动画等三大核心挑战
  • Nanite、Lumen、VSM等新特性的优化需要在内容制作、参数调整和引擎代码改动之间找到平衡
  • 内存优化不仅要关注物理内存和显存的分配,还需要针对不同平台特性进行精细化配置

前置知识要求:了解虚幻引擎5基础架构、熟悉Nanite和Lumen等核心渲染特性、具备基本的性能分析能力。


背景与挑战:跨平台开发的三座大山

在大型跨平台游戏项目中,开发团队面临着前所未有的技术挑战。维塔士上海工作室在实际项目中总结出了三个核心痛点。

项目挑战概览

挑战一:引擎版本的频繁迭代

项目的开发周期往往长达数年,在此期间引擎版本会经历多次重大更新。维塔士的项目最早甚至始于UE4时代,随后逐步迁移到UE5。这种跨越式的版本升级带来了大量的适配工作。

Nanite 为例,在UE5.0版本中,Nanite仅支持普通的非透明Static Mesh。而在后续版本中,才逐渐支持Masked材质、WPO(World Position Offset)等特性。这意味着团队需要不断调整资产制作流程和优化策略。

再看 TSR(Temporal Super Resolution),在UE5.0的PS5平台测试中,TSR的性能表现完全无法满足60fps的要求。但经过几个版本的迭代优化,TSR已经成为主机平台上的首选抗锯齿方案。

设计决策:面对引擎快速迭代,团队选择以**内容优化和参数调整为主,辅以少量引擎代码改动**的策略。这样可以最大程度降低版本升级时的迁移成本。

挑战二:目标平台的多样性

跨平台开发不仅要考虑PC、PS5、Xbox Series等不同硬件平台,即使在同一主机平台上,也需要区分**性能模式**(Performance Mode)和**分辨率模式**(Quality Mode)。

平台多样性

  • PC平台:通过Scalability系统提供多档画质选项
  • 主机平台:使用不同的DRS(Dynamic Resolution Scaling)Profile来适配性能模式和分辨率模式

每个平台的硬件特性差异巨大: - 内存容量和带宽不同 - I/O速度差异显著(尤其是PS5的SSD优势) - GPU架构和光追支持程度各异

这要求团队必须为每个平台和配置建立独立的优化方案。

挑战三:长时过场动画的资源管理

项目中包含大量长时间的实时过场动画,并且存在频繁的摄像机切换。这带来了两个关键问题:

  1. 资源加载压力:每次镜头切换都需要快速加载新的资源
  2. 内存管理复杂度:需要在有限的内存中动态管理大量资产

传统的关卡流送(Level Streaming)机制在这种场景下表现不佳,必须设计专门的预加载(Pre-streaming)策略。


优化策略总览

针对上述挑战,维塔士团队制定了系统化的优化方案:

优化策略框架

优化方向: 1. GPU优化:聚焦Nanite、Lumen、VSM三大特性 2. 内存优化:物理内存和显存的精细化管理 3. 资源流送:实时过场动画的预加载机制

今天的分享将深入探讨GPU优化和内存优化的实战经验。


Nanite优化:从Visibility Buffer到Base Pass的全链路优化

Nanite作为UE5的核心特性,其渲染流程主要分为两个阶段:

Nanite渲染流程

  1. Nanite Visibility Buffer(VS Buffer):遮挡剔除和光栅化
  2. Nanite Base Pass:最终的着色计算

Visibility Buffer优化:控制Rasterizer Bin数量

VS Buffer阶段的性能瓶颈主要在于 Rasterizer Bin 的数量。可以通过Console命令查看实时数据:

r.Nanite.ShowStats 1
r.Nanite.Visualize RasterBins

Rasterizer Bin可视化

关键指标解读: - Total:场景中需要处理的总Bin数量 - MT(Empty):无需处理的空Bin数量 - 有效Bin数 = Total - MT:这个差值越小,光栅化性能越好

以CitySample为例,其Rasterizer Bin数量控制得非常优秀,这也是其能保持高性能的关键因素之一。

导致Rasterizer Bin数量激增的元凶

以下材质特性会强制Nanite使用逐像素光栅化路径,大幅增加Bin数量:

材质特性影响

  • Masked材质:使用Alpha Test的材质
  • WPO/PDO:顶点偏移效果
  • Runtime Tessellation:运行时细分

这些特性会导致Nanite无法使用默认的高效Fixed Function路径,必须走Pixel Shader路径进行光栅化。

性能对比

  • 普通材质:走Fixed Function路径,性能开销极小
  • 特殊材质:走Pixel Shader路径,性能开销显著增加

资产优化实战

1. 用Opacity Mask替代Masked材质

对于场景中的树叶、树枝等植被,传统做法是使用Masked材质。但在Nanite下,更推荐直接使用 Opacity Mask 制作几何体。

植被优化方案

优势: - 避免触发逐像素光栅化 - 保持Nanite的高效渲染路径 - 视觉效果几乎无损

在维塔士的项目中,场景中的大部分树叶和树枝都已完全使用Opacity Mask制作,不再依赖传统的Masked材质。

2. 使用Offline Tessellation

对于需要细分的资产,Nanite支持 Offline Tessellation,可以在构建时将Tessellation数据直接烘焙到Nanite数据中,避免运行时计算。

Tessellation优化

3. 按需使用WPO和PDO

WPO和PDO虽然强大,但性能开销不容忽视。团队的原则是: - 如果没有必要,坚决不使用 - 如果必须使用,严格控制影响范围

通过LOD Bias优化VS Buffer性能

在主机平台上,通常会启用动态分辨率,且最大渲染分辨率会低于100%。这种情况下,可以为Nanite设置全局LOD Bias,告诉系统"不需要加载最高精度的LOD"。

LOD Bias配置

配置示例(主机平台):

r.Nanite.MaxPixelsPerEdge=1.0
r.Nanite.MaxPixelsPerEdgeScaling=0.8

这个参数主要针对Tessellation,因此主要在主机平台使用。在一些VS Buffer消耗特别高的场景,甚至可以使用更激进的数值来换取性能。

注意:这个优化需要根据实际场景测试,过于激进可能导致明显的LOD切换或细节丢失。

Base Pass优化:材质数量决定Fast Path

Nanite的Base Pass存在两条渲染路径:

Base Pass路径选择

代码逻辑(简化):

// [AI补充] 基于上下文逻辑补全
if (Cluster.MaterialCount <= 3) {
    // Fast Path: 高效渲染
    RenderWithFastPath(Cluster);
} else {
    // Slow Path: 通用渲染
    RenderWithSlowPath(Cluster);
}

关键发现:当一个Nanite Cluster上的材质数量 ≤ 3 时,才会走Fast Path。

使用Material Counter视图排查问题

可以通过Nanite可视化工具查看每个Cluster的材质数量:

r.Nanite.Visualize MaterialCount

Material Counter视图

CitySample的截图显示,大部分区域都是单一颜色(单一材质),这说明其在材质合并方面做得非常出色。

而在实际项目开发中,这个视图往往会呈现"五颜六色"的状态,说明存在大量材质数量超标的Cluster,需要进行资产优化。

优化建议

  • 在建模阶段就考虑材质合并
  • 使用Material ID合理规划UV布局
  • 对于复杂资产,考虑拆分成多个Mesh

WPO材质的深度优化

在项目中,WPO主要用于表现植物的风动效果。虽然是必需功能,但其性能开销不容小觑。

WPO优化策略

WPO的性能陷阱

使用WPO后,系统会自动将物体渲染到 Velocity Buffer,这意味着WPO相关的Shader计算需要执行 两次: 1. 当前帧的位置计算 2. 上一帧的位置计算(用于Motion Vector)

从引擎代码可以看到,渲染循环中存在三次迭代:

WPO渲染循环

// [AI补充] 基于上下文逻辑补全
for (int Pass = 0; Pass < 3; Pass++) {
    // Current frame
    // Previous frame
    // Motion vector calculation
    ComputeWPO(Pass);
}

这意味着在一帧中,WPO物体的材质计算实际要走 六次。如果WPO Shader过于复杂,会严重影响GPU性能。

实战优化方案

维塔士团队使用的是引擎内置的 Pivot Painter 材质函数,效果不错但性能有压力。经过分析,采取了以下优化措施:

1. 移除Ambient Wind

移除Ambient Wind

项目中的植物风动是微风效果,只需要轻微摆动即可,不需要Ambient Wind的复杂计算。移除后性能提升明显。

2. 限制风动等级

Pivot Painter最多支持4级风动层级,但实际使用中限制在3级以内:

限制风动等级

根据不同植物类型(草、灌木、树木)设置不同的风动等级,避免过度计算。

3. 缓存中间计算结果

在材质图中,将重复使用的计算结果缓存起来,避免重复计算:

缓存计算结果

  • 红框部分:计算一次后存储结果
  • 黄框部分:复用缓存的结果

原本的实现中,相同的计算会执行多次,优化后显著降低了Shader复杂度。

性能提升:经过上述优化,WPO相关的GPU开销降低了约30-40%(具体数值因场景而异)。


Lumen优化:全局光照的精细化调控

Lumen的性能开销主要集中在三个Pass:

Lumen性能指标

  1. Lumen Scene Lighting:直接光照和间接光照
  2. Lumen Screen Probe Gather:屏幕空间探针的光照整合
  3. Lumen Reflection:场景物体和水面反射

重要提示:前两项在主机和PC上默认使用 Software Ray Tracing(基于SDF),这是性能优化的重点。

Scene Lighting优化:直接光与间接光的平衡

直接光照优化

直接光照默认使用 Trace Mesh SDF,在需要性能时可以关闭,改用Global SDF:

直接光照优化

配置对比

方案A:Trace Mesh SDF(默认) - 🟢 优势:阴影精度高,细节丰富 - 🔴 劣势:性能开销较大 - 🎯 适用场景:分辨率模式,追求画质

方案B:Global SDF Only - 🟢 优势:性能提升明显 - 🔴 劣势:阴影精度略有下降 - 🎯 适用场景:性能模式,帧率优先

配置示例

r.Lumen.DirectLighting.TraceMeshSDFs=0  // 关闭Mesh SDF追踪

间接光照探针调整

间接光照通过屏幕空间探针采样,可以调整以下参数:

间接光照参数

核心参数: - Probe Spacing:探针密度,值越小探针越密集 - Probe Resolution:每个探针发出的光线数量 - Update Factor:探针更新频率

调优策略

// 性能模式配置示例
r.Lumen.ScreenProbeGather.Spacing=16.0
r.Lumen.ScreenProbeGather.Resolution=4
r.Lumen.ScreenProbeGather.UpdateFactor=2.0

// 分辨率模式配置示例
r.Lumen.ScreenProbeGather.Spacing=8.0
r.Lumen.ScreenProbeGather.Resolution=8
r.Lumen.ScreenProbeGather.UpdateFactor=1.0

这些参数可以在性能和表现之间做权衡,根据不同平台和模式灵活调整。

Screen Probe Gather优化:场景特定的精细调控

Screen Probe Gather优化

除了常规参数调整,还有一些针对特定场景的优化技巧。

移除Landscape的阴影影响

在维塔士的项目中,Landscape虽然存在,但大部分区域被其他Mesh覆盖,真正可见的Landscape区域很少。这种情况下,可以关闭Landscape对间接光照的贡献:

r.Lumen.ScreenProbeGather.Landscape=0

决策依据: - 场景中Landscape可见度低 - 关闭后性能提升明显 - 画面质量几乎无影响

注意:这个优化需要根据具体场景评估。如果Landscape是主要地表且大面积可见,则不建议关闭。

减少自遮挡探针数量

通过调整以下参数,可以减少用于自遮挡计算的探针数量:

r.Lumen.ScreenProbeGather.DownsampleFactor=2

这个参数在追求性能的情况下可以适当调高,但需要注意画质的权衡。

总结: - 在追求性能时,可以关闭Landscape影响、降低探针密度 - 在追求质量时,或者平台性能充足时,可以开启所有选项 - 关键是根据不同平台和配置做差异化处理

Reflection优化:场景反射与水面反射的分离调控

Lumen Reflection包含两部分:场景物体反射和水面反射。

Reflection优化

场景物体反射优化

1. 调整反射分辨率

r.Lumen.Reflections.ScreenSpaceReconstruction.NumSamples=4  // 性能模式
r.Lumen.Reflections.ScreenSpaceReconstruction.NumSamples=8  // 质量模式

2. 通过粗糙度过滤

可以设置 Max Roughness 阈值,避免粗糙度过高的材质参与反射计算:

r.Lumen.Reflections.MaxRoughnessToTrace=0.4

原理:粗糙度高的材质反射效果本身就不明显,排除后可以减少计算量。

3. Foliage特殊处理

植被的反射贡献通常很小,可以针对性优化:

Foliage反射优化

  • 室内场景:大理石地面等材质,反射非常重要,必须保留
  • 室外场景:粗糙的岩石、植物等材质,反射不明显,可以通过Max Roughness过滤

场景适配策略

  • 室内/光滑材质为主:Max Roughness = 0.8-1.0
  • 室外/粗糙材质为主:Max Roughness = 0.3-0.5

水面反射优化

水面反射的性能瓶颈在于 Trace Voxel 阶段,这是一个基于Compute Shader的过程。

水面反射优化

性能影响因素: 1. 屏幕上水面像素的数量(不可控) 2. 每条光线的追踪距离(可控)

优化方案:限制追踪距离

原引擎没有提供追踪距离限制的参数,维塔士团队通过轻微修改引擎代码增加了这个限制:

// [AI补充] 基于上下文逻辑补全
float MaxTraceDistance = CVarLumenWaterReflectionMaxTraceDistance.GetValueOnRenderThread();
if (MaxTraceDistance > 0.0f) {
    TraceDistance = FMath::Min(TraceDistance, MaxTraceDistance);
}

配置示例

r.Lumen.Reflections.Water.MaxTraceDistance=5000.0  // 限制追踪距离为50米

这个优化在水面较多的场景中效果显著,可以降低20-30%的水面反射开销。

1. 关闭Trace Mesh SDF

与直接光照类似,水面反射也可以关闭Mesh SDF追踪:

r.Lumen.Reflections.Water.TraceMeshSDFs=0

经过测试,这个选项对画质的影响不大,但性能提升明显。

硬件光追 vs 软件光追:UE5.2的实战测试

维塔士团队在UE5.2版本的PS5平台上进行了硬件光追测试。

硬件光追测试

测试结论: - 只能在 Screen Probe Gather 阶段启用硬件光追 - 其他阶段启用硬件光追会导致性能无法达标

硬件光追的优势: - 植物细节更加真实 - AO(Ambient Occlusion)效果更加明显 - 整体光照质量提升显著

配置示例

r.Lumen.ScreenProbeGather.RadianceCache.HardwareRayTracing=1

重要提示:这个测试结果仅针对UE5.2版本。在UE5.6的Release Notes中提到,主机平台的硬件光追性能有了进一步优化,建议在新版本中重新测试。

硬件光追相关参数

如果启用硬件光追,还可以调整以下参数来平衡性能和质量:

硬件光追参数

r.Lumen.HardwareRayTracing.GroupCount=4096
r.Lumen.HardwareRayTracing.LightingMode=1

场景物体的光追贡献控制

并非所有物体都需要参与光追计算。可以针对特定类型的物体关闭光追贡献:

物体光追控制

建议关闭光追的物体类型: - 小装饰物(Small Props) - 小石头(Small Rocks) - 天空盒(Sky Dome)

这些物体对光照的贡献很小,关闭后可以减少BVH(Bounding Volume Hierarchy)的构建开销和光线追踪的计算量。

配置方式:在物体的Rendering设置中取消勾选"Visible in Ray Tracing"。


VSM优化:虚拟阴影贴图的全方位调优

Virtual Shadow Maps(VSM)是UE5的新一代阴影系统,优化分为方向光和局部光两个部分。

方向光阴影优化

方向光优化

常规优化手段

1. 降低远距离阴影精度

r.Shadow.Virtual.SMRT.RayCountDirectional=4  // 最后一级Cascade的采样数

远距离的阴影精度要求较低,可以适当降低采样数来换取性能。

2. 调整阴影分辨率

r.Shadow.Virtual.Resolution=4096  // 方向光专用分辨率

注意:这个参数仅针对方向光,不影响局部光源。

3. SMRT相关参数

SMRT(Shadow Map Ray Tracing)提供了软阴影效果,可以调整其质量参数:

r.Shadow.Virtual.SMRT.SamplesPerRayDirectional=2
r.Shadow.Virtual.SMRT.MaxRayAngleFromLight=0.03

这些参数在性能和质量之间提供了灵活的调节空间。

局部光阴影优化

局部光优化

One Pass Projection:批量处理的关键

VSM的一个重要优化是 One Pass Projection。如果一个区域内的光源参数一致,且不支持Light Function,这些光源会被批量处理,显著提升性能。

优化建议: - 在美术制作时,尽量保证同一区域的光源参数一致 - 避免不必要的Light Function - 使用统一的光源模板

控制投影光源数量

1. 减少投影光源的总数

这是最直接的优化方式。在场景设计阶段就要考虑光源的合理布局。

2. 限制单个像素受光源影响的数量

r.Shadow.Virtual.MaxLightsPerPixel=4

当一个像素被过多光源影响时,会自动选择最重要的几个光源进行计算。

3. 控制光源范围

光源的Attenuation Radius直接影响性能。范围越大,影响的像素越多,性能开销越大。

最佳实践

  • 精确设置每个光源的有效范围
  • 避免大范围的低强度光源
  • 使用Light Channels进行分组管理

Spot Light vs Point Light

Spot Light优势

强烈推荐使用Spot Light而非Point Light

原因: - Spot Light:只生成1个Shadow Map View - Point Light:生成6个Shadow Map View(Cube Map的6个面)

性能差距高达6倍!

设计建议

  • 优先使用Spot Light
  • 如果必须使用Point Light,严格控制数量和范围
  • 考虑用多个Spot Light组合替代单个Point Light

光照与VSM的通用优化技巧

使用Emissive材质替代灯光

Emissive材质优化

在启用Lumen的情况下,可以用模型的Emissive材质进行补光,替代传统的点光源或聚光灯。

实现方式: 1. 创建一个发光的Mesh 2. 设置为Hidden(不可见) 3. 勾选"Affect Indirect Lighting When Hidden"

优势: - 不产生阴影计算开销 - 可以精确控制补光位置和形状 - Lumen会自动处理其对间接光照的贡献

这种方式特别适合用于增加光照层次感,而不增加投影光源的数量。

Foliage阴影优化

植被的阴影是性能杀手,需要区别对待:

Foliage阴影优化

优化策略: - 高草:使用Dynamic Shadow(动态阴影) - 低草:使用Contact Shadow(接触阴影)

这样既保证了阴影的层次感,又控制了性能开销。

配置方式

// 在Foliage Type中设置
CastShadow = false  // 低草
bCastContactShadow = true  // 低草

Shadow Proxy:植被阴影的终极优化

对于密集的森林场景,即使使用了上述优化,阴影开销仍然可能很高。这时可以使用 Shadow Proxy

Shadow Proxy

原理:为复杂的植被模型创建简化的代理模型,仅用于阴影计算。

优化方向: - 简化风动计算(减少WPO复杂度) - 降低顶点密度 - 使用更简单的几何体

效果:在Shadow Pass中占用更少的时间,同时保持可接受的阴影质量。


内存优化:物理内存与显存的双重管控

内存优化涉及两个方面:物理内存(System Memory)和显存(VRAM)。

内存优化概览

物理内存优化

使用Map切换而非SubLevel

Map切换策略

维塔士的项目没有使用开放世界,因此不使用World Partition,需要进行Level切换。

问题发现:最初使用SubLevel的Show/Hide进行切换,发现Hide后物理内存并没有被释放。

解决方案:改用Map切换(Load/Unload Level),确保内存正确释放。

配置示例

// [AI补充] 基于上下文逻辑补全
UGameplayStatics::OpenLevel(this, LevelName, true);  // 使用Map切换
// 而不是
Level->SetIsVisible(false);  // SubLevel隐藏(内存不释放)

碰撞体设置优化

碰撞体优化

碰撞体是物理内存的重要占用来源,需要按需设置:

优化原则

无交互物体 - 设置为No Collision - 节省内存和CPU开销

简单交互物体 - 使用Simple Collision(Box、Sphere、Capsule) - 勾选"Use Simple as Complex" - 性能和内存占用都很低

复杂交互物体 - 使用Complex Collision(Per-Poly) - 仅在必要时使用

Nanite Mesh特殊处理

Nanite Mesh默认使用Fallback Mesh作为Complex Collision,有时Fallback Mesh生成得过于复杂。

解决方案: 1. 调整Fallback Mesh生成参数 2. 或者为其制作专门的简化Collision Mesh

// 在Static Mesh设置中
NaniteSettings.FallbackPercentTriangles = 0.2  // 降低Fallback精度

物理系统功能裁剪

根据项目需求,关闭不需要的物理功能:

// 示例:关闭Chaos物理的某些功能
p.Chaos.Solver.Enabled=0  // 如果不需要复杂物理模拟

这些选项可以在不同平台的配置文件中差异化设置。

CPU Access优化:释放Skeletal Mesh Buffer

CPU Access优化

Skeletal Mesh默认会在显存和物理内存中各保留一份顶点数据。可以通过以下设置释放物理内存中的副本:

全局设置

r.FreeSkeletalMeshBuffers=1

效果:Skeletal Mesh的顶点数据只保留在显存中。

特殊情况:如果某些Mesh需要CPU访问(如特殊效果),可以单独勾选"Allow CPU Access"。

内存节省:在角色和动画较多的项目中,这个优化可以节省数百MB的物理内存。

显存优化

Ray Tracing Geometry管理

Ray Tracing Geometry优化

启用硬件光追后,每个Mesh会额外存储Ray Tracing Geometry数据(BVH结构),占用大量显存。

问题场景: - 某个平台/配置启用了硬件光追 - 另一个平台/配置因性能原因未启用

即使未启用硬件光追,Ray Tracing Geometry数据仍会被加载到显存中!

优化方案

1. Skeletal Mesh控制

引擎提供了现成的开关:

r.RayTracing.Geometry.SkeletalMeshes=0  // 不加载Skeletal Mesh的RT数据

2. Static Mesh控制(引擎改动)

Static Mesh没有类似开关,维塔士团队参考Skeletal Mesh的实现,为Nanite Mesh添加了相同的控制:

// [AI补充] 基于上下文逻辑补全
UPROPERTY(EditAnywhere, Category = "RayTracing")
bool bSupportRayTracing = true;

if (!bSupportRayTracing && !CVarRayTracingNaniteMeshes.GetValueOnGameThread()) {
    // 不加载Ray Tracing Geometry
    return;
}

配置示例

r.RayTracing.Geometry.NaniteMeshes=0  // 自定义参数

这样就可以根据平台配置,精确控制哪些Mesh需要加载RT数据。

Skeletal Mesh的Ray Tracing LOD

对于支持硬件光追的平台,Skeletal Mesh默认使用LOD0进行光追,这可能过于精细。

RT LOD设置

优化方案

不支持光追的平台

r.RayTracing.Geometry.SkeletalMeshes=0

支持光追的平台

r.RayTracing.Geometry.SkeletalMeshes.LOD=1  // 使用LOD1进行光追

使用LOD1或LOD2进行光追,可以在保持视觉质量的同时,显著降低显存占用和光追性能开销。

Nanite和VSM的显存参数调优

Nanite和VSM都有一系列影响显存的参数,需要根据平台特性进行调整。

Nanite和VSM参数

优化经验

维塔士团队的实践流程是: 1. 先进行常规的内存优化(碰撞体、RT Geometry等) 2. 大部分平台达标后,针对内存紧张的平台调整Nanite/VSM参数 3. 最终所有平台都达到内存要求

关键参数示例

// Nanite相关
r.Nanite.MaxCandidateClusters=8192
r.Nanite.MaxVisibleClusters=4096

// VSM相关
r.Shadow.Virtual.MaxPhysicalPages=4096
r.Shadow.Virtual.Cache.StaticSeparate=1

重要建议

时机选择

  • 不要在项目早期就调整这些参数
  • 等资源基本固定后再进行精细调优
  • 为不同平台和配置建立独立的参数集

平台差异化

  • 根据每个平台的内存容量和I/O速度调整
  • PS5的SSD优势可以支持更激进的流送策略
  • PC需要考虑最低配置的兼容性

参数绑定

  • 某些参数在初始化阶段就固定了
  • 需要将这些参数与平台硬件/配置绑定
  • 通过DeviceProfile或自定义配置系统管理

实时过场动画优化:预加载系统的深度改造

项目中的长时过场动画面临频繁的摄像机切换,导致资源加载压力巨大。

过场动画挑战

问题分析:模糊的根源

摄像机切换时出现短暂模糊,分析后发现是两方面原因:

模糊原因

  1. Nanite模型:高精度LOD未及时加载
  2. Virtual Texture:贴图Mip未及时Stream

官方工具:Pre-streaming Record

UE5提供了 Pre-streaming Record 工具,可以记录每一帧需要的Nanite和Virtual Texture数据,生成预加载数据。

Pre-streaming Record

使用流程: 1. 播放过场动画,开启录制 2. 系统记录每帧的资源需求 3. 生成预加载数据文件 4. 在实际播放时应用预加载数据

问题:预加载数据超出引擎处理能力

应用预加载数据后,模糊问题依然存在。深入研究发现,预加载的Request数量已经超过了引擎默认的处理能力。

处理能力瓶颈

根本原因:Request的配额在被使用前就被淘汰了。

Nanite的LRU缓存策略

Nanite使用 LRU(Least Recently Used) 缓存策略。在镜头快速切换时:

LRU策略问题

  1. 新镜头的Request大量涌入
  2. 旧镜头的Request还未处理完
  3. 旧Request被LRU策略淘汰
  4. 结果:只能使用最低精度的LOD渲染

典型场景:两人对话的镜头来回切换,A镜头的资源还没加载完,就切到B镜头了,然后又切回A镜头,形成恶性循环。

优化方案一:扩大资源池

扩大资源池

参数调整

r.Nanite.MaxPendingPages=16384  // 增加待处理Page数量
r.Nanite.StreamingPoolSize=512  // 增加流送池大小(MB)

局限性:项目此时内存使用已经很紧张,无法继续增加内存分配。

优化方案二:减少Request数量

减少Request数量

核心思路:预加载数据不会检查资源是否已在内存中,导致重复Request。

实现方案:以Camera Cut为单位进行去重。

// [AI补充] 基于上下文逻辑补全
void PreloadForCameraCut(FCameraCut& CameraCut) {
    TSet<FNaniteCluster> LoadedClusters;

    for (auto& Request : CameraCut.Requests) {
        if (!LoadedClusters.Contains(Request.ClusterID)) {
            // 只有未加载的才提交Request
            SubmitStreamingRequest(Request);
            LoadedClusters.Add(Request.ClusterID);
        }
    }
}

效果:Request数量减少30-50%,显著缓解了缓存压力。

优化方案三:优化Static Mesh配额

某些Static Mesh因为制作时没有优化,占用了过多的Page配额。

Mesh配额优化

解决方案:在编辑器中添加Page Info显示,让美术可以看到每个Mesh的配额占用,针对性优化。

// [AI补充] 在编辑器中显示Page Info
UPROPERTY(VisibleAnywhere, Category = "Nanite Debug")
int32 PageCount;

UPROPERTY(VisibleAnywhere, Category = "Nanite Debug")
int32 EstimatedMemoryMB;

优化方案四:重复提交关键Request

重复提交Request

对于关键的资源Request,在多帧中重复提交,增加其优先级,避免被LRU策略过早淘汰。

// [AI补充] 基于上下文逻辑补全
void SubmitCriticalRequests(TArray<FStreamingRequest>& Requests) {
    for (int32 Frame = 0; Frame < 5; Frame++) {
        for (auto& Request : Requests) {
            Request.Priority = HighPriority;
            StreamingManager->SubmitRequest(Request);
        }
    }
}

效果:关键资源的加载成功率显著提升。

优化方案五:提前触发预加载

提前触发

原本的预加载是在镜头切换时触发,改为在切换前的几帧就开始触发。

实现

// [AI补充] 基于上下文逻辑补全
float PreloadAdvanceTime = 0.2f;  // 提前0.2秒(约5帧)

if (TimeUntilCameraCut <= PreloadAdvanceTime) {
    PreloadNextCameraResources();
}

效果:给引擎更多时间处理Request,模糊现象明显减少。

Virtual Texture优化

Virtual Texture的优化思路与Nanite类似。

Virtual Texture优化

提高每帧处理速度

r.VT.MaxUploadsPerFrame=32  // 每帧最多上传32个Tile
r.VT.MaxPagesProducedPerFrame=64  // 每帧最多生成64个Page

注意:这些参数需要根据平台的I/O速度调整。调得过高会增加CPU负担。

降低贴图分辨率

过场动画的画面是固定的,可以针对性降低某些贴图的分辨率。

贴图分辨率优化

原则: - 如果镜头中某个物体距离较远,不需要4K贴图 - 降低分辨率可以减少Streaming Request数量

配置方式

// 在Texture设置中
LODGroup = TEXTUREGROUP_World  // 使用较低的默认分辨率
MaxTextureSize = 2048  // 限制最大尺寸

重复提交被丢弃的Request

与Nanite类似,对于被丢弃的VT Request,也进行重复提交。

// [AI补充] 基于上下文逻辑补全
void ResubmitDroppedVTRequests() {
    for (auto& Request : DroppedRequests) {
        VirtualTextureSystem->RequestTiles(Request);
    }
}

总结与最佳实践

核心优化策略回顾

GPU优化: 1. Nanite:控制Rasterizer Bin数量,优化材质数量,精简WPO计算 2. Lumen:针对不同平台调整直接光、间接光和反射参数,合理使用硬件光追 3. VSM:区分方向光和局部光优化,使用Spot Light替代Point Light

内存优化: 1. 物理内存:使用Map切换,优化碰撞体,释放Skeletal Mesh Buffer 2. 显存:精确控制Ray Tracing Geometry加载,调整Nanite和VSM参数

资源流送: 1. 使用Pre-streaming Record记录资源需求 2. 去重Request,优化Mesh配额 3. 重复提交关键Request,提前触发预加载

通用优化原则

原则一:分阶段优化

  • 早期:专注内容优化和参数调整
  • 中期:进行平台差异化配置
  • 后期:针对性进行引擎代码改动

原则二:数据驱动决策

  • 使用Profiling工具精确定位瓶颈
  • 用数据验证优化效果
  • 建立性能监控体系

原则三:平台差异化

  • 为每个平台和配置建立独立参数集
  • 利用平台特性(如PS5的SSD)
  • 在性能和质量之间找到最佳平衡点

避坑指南

常见陷阱: 1. 过早优化引擎参数,导致后期资源变化时需要重新调整 2. 忽视平台差异,使用统一配置导致某些平台性能不达标 3. 只关注GPU优化,忽视内存和I/O瓶颈 4. 过度依赖硬件光追,未充分测试软件光追的质量

调试技巧

// Nanite调试
r.Nanite.ShowStats 1
r.Nanite.Visualize RasterBins
r.Nanite.Visualize MaterialCount

// Lumen调试
r.Lumen.Visualize.Mode Overview
r.Lumen.ScreenProbeGather.DebugVisualize 1

// VSM调试
r.Shadow.Virtual.Visualize 1

// 内存调试
stat Memory
stat NamedEvents

性能优化的长期视角

UE5仍在快速迭代中,每个新版本都会带来性能改进和新特性。维塔士团队的经验表明:

  1. 保持引擎更新:新版本的优化往往能解决旧版本的痛点
  2. 关注Release Notes:Epic会在Release Notes中详细说明性能改进
  3. 参与社区讨论:很多优化技巧来自社区分享
  4. 建立知识库:记录每次优化的经验和数据

结语

跨平台游戏优化是一个系统工程,需要在技术、美术、设计多个层面协同工作。UE5的新特性虽然强大,但也带来了新的优化挑战。

本文分享的优化经验来自维塔士团队在实际项目中的实践,希望能为其他开发者提供参考。随着UE5的不断成熟,相信会有更多高效的优化方案出现。

最后的建议:优化是一个持续的过程,不要追求一步到位。从最明显的瓶颈开始,逐步迭代,用数据说话,最终一定能找到性能和质量的最佳平衡点。


致谢:感谢维塔士上海工作室技术总监沈慧良在UFSH2025上的精彩分享,本文内容基于其演讲整理而成。


本文由AI辅助生成,内容基于视频字幕和截图整理。如有技术细节需要进一步讨论,欢迎加入UE5技术交流群。