专栏首页Unity游戏开发Unity-Optimizing Unity UI(UGUI优化)01 导航、Unity UI的基础概念与原理

Unity-Optimizing Unity UI(UGUI优化)01 导航、Unity UI的基础概念与原理

Unity 官方文档 ,文本翻译官方文档,加之自己的理解。

摘要: 通过Unity UI优化用户的界面驱动是一门艺术,以下将讨论基本的概念、算法和在Unity UI相关代码

1.Unity UI优化的导航

通过Unity UI优化用户的界面驱动是一门艺术。这里几乎没有硬性的规则;取而代之的,每一个应用场景都要进行系统的分析。核心的张力是当优化Unity UI的时候通过平衡draw calls通过batcking costs。同时一些常用的技术可以减少一个或者多个DC,复杂的UI要做权衡

在开始优化Unity UI 系统之前去定位观察到的性能问题的原因是优化的基础工作,这有四种用户遇到Unity UI问题的场景:

  • GPU 的片元着色利用率过高
  • CPU 消耗过多的重建Canvas batch的时间
  • Canvas batches的数量过多
  • CPU 生成定点数据事件过长

原则上Unity UI的表现是受到draw calls发送到GPU的绝对数量的影响。然而,在实际情况中,任何使用绘制调用重载GPU的项目更有可能受到填充率过度使用的约束。

下面将给出一些基本概念,算法和Unity UI的底层代码。分为以下5个部分:

1.Unity UI的基础,这个章节定义了Unity UI的特殊术语和讨论了许多UI渲染的基础细节,包括building of batched grometry。强烈建议从这一章节开始阅读

2.Unity UI 分析工具,这个章节包括各种开发人员可用的性能数据

3.Fill-rate(填充率),Canvases和input,这个章节讨论了提升Unity UI Canvas和Input组件的性能表现

4.UI controls,这个章节讨论了UI Text,Scroll View和其他的特定组件的优化,以及一些技术不适用的场景

5.Other techniques and tips ,这个章节讨论了一些不适合使用场景的问题,包括UI系统中的一些坑的解决办法

UI Source Code Unity UI的绘图和 Layout 组件是开源的,他们的源码可以在这里查看,在UI下面。

Unity UI的基础

理解Unity UI系统的各个部分是重要的。这里有几个基础的类和组件。本章首先定义了一些文中使用的术语,Unity UI关键系统的底层实现细节。

术语

Canvas是Unity渲染系统中在游戏世界空间中提供几何分层的Unity源生组件。 Canvases负责结合几何到batches中,生成合适的渲染指令,发送到Unity的图形系统中。所有的操作是在原生的C++代码上完成,设个过程也叫做rebatch或者batch build。当Canvas被标记为containing geometry将请求rebatching,canvas被认为是dirty的。

Geometry由Canvases的Canvas Renderer组件提供

一个Sub-canvas是一个Canvas组件内嵌在另一个Canvas组件中。Sub-canvas将其子物体与父物体隔绝;dirty的子canvas不会强制parent 重建它的geometry,反之亦然。这有一些特殊的边界情况可能有些不同,父canvas可能造成子canvas的重建。

一个Graphic是一个基础类由Unity UI C# library提供。它是全部Unity UI C# 提供了绘制图元给Canvas系统的基类。大部分Unity UI内置的图形是通过MaskableGraphic子类实现的,它们允许通过继承IMaskable接口去屏蔽它们。Drawable的主要子类是ImageText,它们提供了同名组件。

Graphic: Base class for all visual UI Component. When creating visual UI components should inherit from this class.

Graphic 和 Layout组件都依赖CanvasUpdateRegistry类,此类没有在UnityEditor接口中公开。这个类跟踪必须更新的Layout组件和Graphic组件,当触发器需要更新的时候与它们关联的Canvas调用willRenderCanvases事件。

更新Layout和Graphic组件被称为rebuild,此过程会在后面详细介绍

渲染细节

当在Unity UI中编写用户界面的时候,记住所有的图元是通过Canvas在一个Transparent queue中进行绘制。这意味着,图元被Unity UI通过从后到前绘制通过alpha混合。重要的是,多边形的每个像素都会被采样,即使它被其他不透明多边形覆盖。对于移动端来说,高水平的重绘将急剧的增加GPU的填充率。

Batch的构建过程(Canvases)

Canvas组合包含UI元素的网格和生成合适的渲染指令并发送到Unity图像队列的过程称为batch building过程,这个过程的结果会缓存和重复利用直到Canvas被标记为dirty(consitituent mesh中发生了变化)。 网格数据从Canvas中的Canvas Renderer组件中拿取,不包含Sub-canvas。 计算batches需要对网格进行排序和验证它们是否被覆盖,是否有共享的材质等等。这个操作是多线程的,所以其表现将在不同的CPU架构下有很大差异,特别是在移动SoC(只有少量CPU核心)和现代台式电脑CPU之间(通常有4个或者以上的核心数量)。

重建(rebuild)过程(Graphics)

重建过程是指Unity UI的C# Graphic组件的 layout和mesh重新计算的过程。这个过程被CanvasUpdateRegistry类执行。 在CanvasUpdateRegistry中,需要关注PerformUpdate方法。这个方法在Canvas调用WillRenderCanvases的时候被调用。这个事件每一帧都被调用。

PerformUpdate将分三步:

  • Dirty Layout组件被要求重建他们的layout,通过ICanvasElement.Rebuild方法
  • 任何注册的Clipping组件(比如Masks)要被剔除,这个过程是通过ClippingRegistry.Cull完成。
  • Dirty Graphic组件被要求去重建他们的图形元素

Layout和Graphic的重建,过程被分为几个部分。Layout重建被分为3部分,Graphic重建被分为2部分。

Layout重建

重新计算一或多个组件合适的位置的时候,需要按照Layouts的何时分级顺序进行。Layouts中靠近GameObject的根节点的Layout,这些节点可能改变它们内部嵌套的Layout的大小或者位置,需要优先进行计算。 Unity UI对dirty layout组件根据深度进行排序,在hierarchy中越高,将被排列在list的前面。 使用排序后的Layout组件对Layouts进行重建,Layout组件改变UI元素的位置和大小。

Graphic重建

在Graphic组件进行重建的时候,Unity UI将控制交给继承ICanvasElement接口的Rebuild方法。Graphic组件实现这个方法并在重建中实行两步:

  • 如果顶点数据被标记为dirty(eg:RectTransform改变了size),之后网格将进行重建
  • 如果材质资源被标记为dirty(eg:组件的材质或者贴图发生了变化),附加到Canvas Renderer的材质将更新。 Graphic重建的过程没有特别的顺序,也不会采用排序操作

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