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图形引擎实战:Spine动画性能优化
首先说明,本篇文章不涉及Spine操作与应用层面的内容,仅针对Spine在Unity中的性能优化。并且本次优化的背景是项目需求,该项目的Spine动画特征是:拥有大量Spine组件,但是每个Spine组件中只包含1-2个动画片段(AnimationClip)。所以本篇文章没有针对多动画片段(AnimationClip)的优化内容。一、Spine2D简介:Spine 2D 是一款针对游戏开发的 2D 骨骼动画编辑工具。相比于传统的逐帧动画,Spine2D内存占用体积更小,所需美术资源更少等等。Spine2D提供了良好的 Unity 支持,包括导入工具和运行时库,使得 Spine 动画能够轻松地集成到 Unity 项目中。二、Spine2D在Unity中的性能优化2.1 Unity中Spine2D存在的问题:Spine动画加载时发生卡顿(掉帧)。Spine相关mono内存过大。2.2 性能分析工具介绍上述两点问题是如何发现的?这就离不开性能分析工具了,本章介绍2种常用的分析工具(干货请移步2.3章节)。(需要注意由于项目是移动端开发,所以实际性能指标,应打包安装到手机后在做性能分析才是正确的。)2.2.1 Unity ProfilerCPU Usage使用Unity的性能分析工具Profiler,查看CPU Usage ①下的时间花费情况以及帧率。在同行右侧观测曲线图来查看相关信息。并且也可以通过下方的“详细信息面板”②中,切换Timeline视图到Hierarchy视图③,并在同行选择“Time ms④”方便查看时间花费情况。在Profiler上方有个“Deep Profile⑤”开关,启用 Deep Profile 设置后,性能分析器会对脚本代码的每个部分进行性能分析,并记录所有函数调用,可以对脚本进行更详细的调查。(Deep Profile只能在unity中才能实现,在移动端用不了)2. Memory在Unity Profiler中,选择Memory,在下方的“详细信息面板”中选择Simple中会显示每一帧的内存使用情况,其中就包括Mono内存,其中Used Mono是 实际占用的Mono内存,Reserved Mono是Mono内存池保留量。2.2.2 Memory ProfilerMemory Profiler在unity2019版本里需要在Package中添加该工具。该工具可以截取某一帧分析其内存使用情况,比Profiler中的更加详细。运行游戏,点击Capture① 截帧,选中截取的那一帧②,在右侧就可以对该帧的内存占用情况进行分析了。2.3 处理GC过大,加载资源卡顿的问题启用 Deep Profile,运行项目,加载Spine时会看到Profiler的CPU Usage右侧有尖峰存在,点击尖峰所在帧,在Hierarchy视图下可以看到该尖峰存在的原因确实是Spine导致的,并且GC也非常大。2.3.1 导出格式使用Binary格式,放弃使用json格式在Spine动画导出时,可以选择导出Json格式和Binary格式。在Unity的Profiler中对两种格式的加载做对比,发现cpu耗时达到了1673.88ms,并且产生的GC高达5.8MB,而使用Binary耗时232.56ms,2.5MB的GC。这是因为JSON 作为文本格式,采用人类可读的字符串来表示数据,其中包含了大量的字符处理和类型转换。这不仅使得数据冗长,还需要通过复杂的解析步骤来识别数据;相比之下,二进制格式直接以机器可读的方式存储数据,减少了解析过程中的计算量和复杂性。所以不论是资源大小还是读取速度,采用Binary才是正确的选择。当然JSON也是有优势的,易于阅读和编写,非常适合在调整效果的时候使用,但是最终确定效果后,还是要使用Binary格式。2.3.2 搭建List池子降低GC -- 降低20%左右GC大小使用二进制的加载方式已经能大幅降低毫秒数和GC了,但GC相对还是较高,通过查看Deep Profiler,可以知道Spine加载时的GC发生在Awake()中,其中主要发生在以下函数中:GetSkeletonData() —> SkeletonDataAsset.ReadSkeletonData ---- 加载Skeleton二进制数据”加载Skeleton二进制数据” 时,只调用一次,且GC较大(每个角色约2-3.2mb),产生的缓存不会被卸载。通过Deep Profile得知加载Skeleton二进制数据时产生GC的原因主要有以下两点:new ExposedList<T>()ToArray()ExposedList是Spine插件里的一个类,其实则就是数组类型,对于需要频繁动态扩容的数据,使用List是更好的选择,可以避免复制数组导致申请更多的内存。所以可以通过创建List池子,来规避这部分重复实例化ExposedList<T>导致GC,并且在ToArray之后Release回池子重复使用:可以看出来ToArray这部分GC还没有处理掉,这一块内容到第三章细说。2.3.3 搭建对象池管理Spine对象在项目的角色展示界面里,用户可能会频繁的切换Spine角色,导致频繁触发GC,通过搭建Spine对象池,在非关键的关卡加载时间点上加载多个实例来预热对象池,来避免频繁触发内存GC。2.4 处理Mono内存过大的问题加载、卸载多个Spine角色,在Profile的Memory中看到Mono内存在不断增长,最终维持在一个较高的数值,如下图。Mono内存过大的原因主要在于Spine加载方式导致的,Spine在第一次读取Skeleton二进制数据后,会缓存数据在mono内存中不被卸载。所以不断的加载、卸载新的spine角色后,mono内存会不断增高 。2.4.1 卸载spine缓存可以通过在适当的时机卸载不需要的mono内存,一般来说“卸载缓存”要结合2.3.3的对象池一起管理。比如Spine角色被对象池踢出池子时,卸载Gameobject的同时卸载Spine缓存:卸载缓存时可以通过Memory Profiler查看是否卸载干净,如果没有,再查找原因。方法如下:截取加载Spine角色之前和卸载Spine角色之后的两帧,然后点击Compare Snapshots,选中这两帧,再右侧的Objects and Allocations中对Diff和Data Type打组(Group),再Type上搜索Spine,查看是否有New in B,如果New in B里存在Spine相关内容,说明没有卸载干净,需要查找相关原因。还有一个问题需要解决:假设有两个Spine角色,卸载掉其中一个缓存会导致另一个角色报错SkeletonDataAsset引用缺失,所以需要增加一个单例类,用来统计SkeletonDataAsset的引用次数,当引用次数归零后再调用卸载缓存函数(下面是一个简单的单例引用计数脚本):三、拓展在2.3.2章节提过SkeletonBinary.ReadVertices()函数里使用ToArray拷贝了一份给Spine使用,拷贝的过程也会有GC产生。为了解决这一问题,可以修改Vertices里的声明vertices和bones的类型,由数组类型改为List类型,并且通过方法返回值引导,把所有用到该变量的数据都修改成List类型(很麻烦,需要改的数据较多),这样改后,池子分配的内存会被一直引用,所以不能在本函数内Release回池子,需要结合2.3.2章节中卸载Spine缓存的时候再把内存Release返回给池子。这样做会让List池子中的内存一直被Spine握着,直到该Spine缓存被卸载,导致前几个Spine角色加载时需要重新在List池中申请内存。为了解决这个问题,要在主界面加载时,提前让池子提前申请好足够数量内存块。由于每个Spine角色的数据大小不一致,可能会导致频繁执行Set_Capacity(该函数是list扩容时的函数)产生GC。为了避免这个情况,还需要主动申请足够的内存大小。具体申请多大内存,这主要就看池子里的申请策略了,过大的内存申请会造成内存浪费,过小的内存申请会触发Set_Capacity导致GC增加。不过该方案会破坏原有的spine代码架,并且池子内存申请也需要一定量的扩容,所以不利于项目中spine动画的稳定性,故未采取该策略。希望以后spine官方能优化相关内容。欢迎加入我们!感兴趣的同学可以投递简历至: CYouEngine@cyou-inc.com
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