Cocos Creator 游戏性能优化指南

性能优化

• 引言
• [一、减少Draw Call](#一、减少Draw Call)
• • [什么是Draw Call？](#什么是Draw Call？)
  • [为什么要减少Draw Call？](#为什么要减少Draw Call？)
  • [减少Draw Call的方法](#减少Draw Call的方法)
  • • • 1、剔除
      • • [I、视锥剔除：摄像机的位置和视角形成一个视锥体，只有位于视锥体内的对象才会被渲染。可以通过检查对象的包围盒（Bounding Box）是否与视锥体相交来判断对象是否需要渲染。](#I、视锥剔除：摄像机的位置和视角形成一个视锥体，只有位于视锥体内的对象才会被渲染。可以通过检查对象的包围盒（Bounding Box）是否与视锥体相交来判断对象是否需要渲染。)
        • II、遮挡剔除：如果一个对象被其他对象完全遮挡，则该对象不需要被渲染。
        • III、背面剔除：对于封闭的几何体来说，朝向摄像机背面的面不需要被渲染。
        • IV、距离剔除：距离相机太远的物体不需要渲染。
      • 2、LOD
      • 3、图集
      • • I、静态图集
        • II、动态图集
        • III、示例
• 二、使用对象池
• • 1、什么是对象池？
  • 2、对象池的优缺点
  • 3、对象池的实现
• 三、优化资源加载
• • 1、延迟加载
  • 2、预加载资源
• 四、减少动画开销
• • • • • 1、**减少动画帧数**：减少动画帧数可以减少CPU和GPU的负担。对于快速动作，玩家不会注意到少量帧的减少。
        • 2、**骨骼动画优化**：骨骼动画可以通过控制少量骨骼来驱动大量顶点，减少计算量。减少骨骼数量和复杂度可以进一步降低计算开销。
        • 3、**使用对象池技术复用动画对象**：通过对象池技术复用动画对象，避免频繁创建和销毁动画对象，减少内存分配和回收的开销。
• 五、代码优化

引言

游戏开发中，流畅的游戏体验是玩家最关心的问题之一。一个卡顿的游戏会严重影响玩家的体验，甚至让玩家失去继续玩的兴趣。因此，优化游戏性能是每个游戏开发者必须掌握的技能。本文将详细介绍在使用Cocos Creator进行游戏开发时的一些性能优化技巧。

一、减少Draw Call

什么是Draw Call？

Draw Call是指CPU向GPU发出的命令，用来告诉GPU绘制某个图形图像。

为什么要减少Draw Call？

每一次Draw Call都会涉及到CPU和GPU之间的通信，这种通信是有成本的。大量的Draw Call会导致以下问题：

• CPU开销：每个Draw Call都需要CPU发出命令，如果命令太多，会占用大量的CPU资源。
• GPU开销 ：GPU需要处理每一个Draw Call的命令，导致GPU资源的浪费。
  

GPU的绘制能力非常强大 ，能一次处理大量数据。但每一次Draw Call前，CPU都要做一系列的准备工作，才能让GPU正确渲染出图像。举个例子，假设你的网速是10M/s，传输一个1000M的压缩包，和传输1000个1M的文件，谁的速度快。【传输 1 个 1000M 的文件要比传输 1000个 1M 的文件要快得多得多】。因为在每一个文件传输前，CPU 都需要做许多额外的工作来保证文件能够正确地被传输，而这些额外工作造成了大量额外的性能和时间开销，导致传输速度下降。

减少Draw Call的方法

1、剔除

将不满足条件的对象整体移除，以下是实现算法：

I、视锥剔除：摄像机的位置和视角形成一个视锥体，只有位于视锥体内的对象才会被渲染。可以通过检查对象的包围盒（Bounding Box）是否与视锥体相交来判断对象是否需要渲染。

// 伪代码示例
public isInFrustum(camera, object) {
let frustum = camera.getFrustum();
let boundingBox = object.getBoundingBox();
return frustum.intersects(boundingBox);
}

II、遮挡剔除：如果一个对象被其他对象完全遮挡，则该对象不需要被渲染。

III、背面剔除：对于封闭的几何体来说，朝向摄像机背面的面不需要被渲染。

IV、距离剔除：距离相机太远的物体不需要渲染。

2、LOD

LOD算法是一种优化技术，用于减少远处或不重要物体的渲染复杂度，以提高整体渲染性能。它通过动态调整模型的细节 级别，根据对象与摄像机的距离或重要性来选择不同的细节级别进行渲染。

• 为同一个物体，配置不同材质（少Pass、少贴图、少计算）
• 为同一个物体，配置不同的Mesh。例如高细节（High Poly）、中细节（Medium Poly）和低细节（Low Poly）。在渲染时，根据对象与摄像机的距离选择合适的细节级别进行渲染。

3、图集

I、静态图集

将多个小图片合并成一个大图片的方法，这样在渲染多个小图片时，只需要一次Draw Call就可以完成绘制。

Cocos Creator提供了自动图集（Auto Atlas）功能，可以方便地将多个小图自动合并成一个大图。在Cocos Creator中，可以通过资源管理器创建自动图集：

1. 打开资源管理器，右键选择要合并的小图片文件夹。
2. 选择"创建 -> 自动图集"。
3. 在自动图集属性中，可以调整合并规则和参数。

使用图集

// 示例代码
resources.load('path/to/atlas', cc.SpriteAtlas, (err, atlas) => {
    if (err) {
        console.error(err);
        return;
    }
    let frame = atlas.getSpriteFrame('sprite_name');
    this.node.getComponent(cc.Sprite).spriteFrame = frame;
});

II、动态图集

Cocos Creator 提供了动态图集功能，实现机制如下：

1. 从动态图集中获得一张 2048 x 2048 的空白纹理
2. 当渲染一张小图时（任何一边不超过 512)，如果这张小图没有被合并过，则将这张小图合并到这张空白纹理上（如果图集空间不够，则会新开空白纹理）
3. 修改当前 2D 元素的 uv和图集信息

这样一来，小图就可以根据顺序实现自动图集分布，相邻的两个元素使用的图集会尽可能的一致。

动态图集功能在 Web 端默认开启，如果想要禁用，则需要调用：

// 禁用动态图集
DynamicAtlasManager.instance.enabled = false;

这个机制会有几个缺点。

1. 需要开启图片内存缓存，会增一倍的内存开销
2. 由于需要内存数据支持，目前PVR/ETC等GPU压缩格式的纹理，不支持动态图集
3. 如果需要渲染的2D元素过多，会很容易导致图集交叉使用的情况
4. 图集只会在场景切换时清空，对单场景不友好

III、示例

cocos creator的渲染流程中，会先渲染父节点，然后逐个渲染子节点。简单讲：深度优先。

因为 item 节点下的 Sprite 与 Label 节点渲染类型不同，并相互间隔排列，引擎无法向 GPU 批量提交渲染数据。

因此渲染一个 item 需要 DrawCall 4次：Sprite → Label → Sprite → Label。

优化：将Cache Mode模式改成BITMAP。Cache Mode有三种模式。

• NONE ：每一个 Label 都会生成为一张单独的位图，且不会参与动态合图，所以每一个 Label 都会打断渲染合批。
• BITMAP：当 Label 组件开启 BITMAP 模式后，文本同样会生成为一张位图，只要符合动态合图要求就可以参与动态合图，和周围的精灵合并 DrawCall（注意 BITMAP 模式只适用于不频繁更改的文本）。
• CHAR：当 Label 组件开启 CHAR 模式后，引擎会将该 Label 中出现的所有字符缓存到一张全局共享的位图中，相当于是生成了一个 BMFont（适用于文本频繁更改的情况，对性能和内存最友好）。

二、使用对象池

1、什么是对象池？

对象池技术（Object Pooling）是一种优化方法，用于管理和重复利用对象，减少频繁创建和销毁对象的开销，特别适用于需要频繁生成和回收对象的场景，如子弹、敌人、特效等。通过对象池技术，可以显著提升游戏性能，减少内存碎片和垃圾回收的压力。

2、对象池的优缺点

优点：

• 提高性能：对象池通过重复利用已经创建的对象，避免了频繁的对象创建和销毁操作，从而提高了系统的性能。相比于每次都创建新的对象，从对象池中获取已经存在的对象可以节省系统开销，并显著减少了系统响应时间。
• 节约内存和减少垃圾回收：对象池可以减少垃圾回收的频率，因为对象的重复利用降低了新对象的创建量。这样可以减少系统对内存的占用，提高内存的利用效率。
• 资源管理和控制：对象池可以对对象进行统一的管理和控制，包括对象的创建、初始化、回收和销毁。通过对象池，可以有效地管理系统对资源的占用和释放，避免资源泄露和浪费。

缺点：

• 增加初始内存占用：对象池在初始化时会创建大量对象，占用一定的内存。

3、对象池的实现

具体实现请移步：对象池的制作

三、优化资源加载

1、延迟加载

延迟加载是指在需要使用资源时才进行加载，而不是在游戏启动时一次性加载所有资源。这样可以减少初始加载时间，提高游戏的启动速度。可以使用场景切换或事件触发时进行加载。

2、预加载资源

在游戏加载阶段预先加载一些必要资源，以减少游戏运行时的卡顿。

图像：常用的装备图片、角色展示图片等常用显示图片可以在加载场景的时候就先预加载，存放在Map里面，使用时直接获取。

// 示例代码
resources.preload(['path/to/resource1', 'path/to/resource2'], (err, assets) => {
    // 资源预加载完成
});

四、减少动画开销

1、减少动画帧数：减少动画帧数可以减少CPU和GPU的负担。对于快速动作，玩家不会注意到少量帧的减少。

// 示例代码
let animation = node.getComponent(cc.Animation);
let clip = animation.getClip('animationName');
clip.sample = 10; // 将帧率降低到10帧每秒
animation.play('animationName');

2、骨骼动画优化：骨骼动画可以通过控制少量骨骼来驱动大量顶点，减少计算量。减少骨骼数量和复杂度可以进一步降低计算开销。

3、使用对象池技术复用动画对象：通过对象池技术复用动画对象，避免频繁创建和销毁动画对象，减少内存分配和回收的开销。

五、代码优化

1、尽量减少临时对象的创建，避免频繁触发垃圾回收。

for (let i = 0; i < 1000; i++) {
       let obj = getObject(); // 避免在循环中频繁创建新对象
   }

2、减少不必要的更新逻辑。确保update函数中只包含必要的逻辑，避免频繁调用耗时的操作。少在UPDATE里面刷新内容。多用事件触发等方式刷新。

//减少不必要的更新逻辑。确保update函数中只包含必要的逻辑，避免频繁调用耗时的操作。
update(dt) {
    if (this.needUpdate) {
        this.performUpdate(); // 仅在需要时执行更新逻辑
    }
}

//多用事件触发等方式刷新内容，避免频繁调用 update。
this.node.on('customEvent', this.onCustomEvent, this);