首先貼出官方文檔。
一、基礎概念
DrawCall
即繪制調用命令，CPU在準備好渲染數(shù)據(jù)并設置渲染狀態(tài)后，會通過Drawcall命令通知GPU進行渲染。
Canvas
Canvas是一個 Native 層實現(xiàn)的Unity組件，被 Unity 渲染系統(tǒng)用于在游戲世界空間中渲染分層幾何體（layered geometry）。
Canvas 負責把它們包含的Mesh合批，生成合適的渲染命令發(fā)送給 Unity 圖形系統(tǒng)。以上行為都是在Native C++代碼中完成，我們稱之為 Rebatch 或者Batch Build，當一個 Canvas 中包含的幾何體需要Rebacth時，這個Canvas就會被標記為Dirty狀態(tài)。
Canvas 組件可以嵌套在另一個 Canvas 組件下，我們稱為子Canvas，子 Canvas 可以把它的子物體與父Canvas分離，使得當子Canvas被標記為Dirty時，并不會強制讓父 Canvas 也強制 Rebuild，反之亦然。但在某些特殊情況下，使用子Canvas進行分離的方法可能會失效，例如當對父Canvas的更改導致子Canvas的大小發(fā)生變化時。
可以在Profiler中通過查看標志性函數(shù) Canvas.BuildBatch 的耗時，來了解 Rebatch 的性能消耗。
Canvas Renderer
幾何體（layered geometry）數(shù)據(jù)是通過 Canvas Renderer 組件被提交到 Canvas 中。
VertexHelper
頂點輔助類，用于保存UI的頂點、顏色、法線、uv、三角形索引等信息。
Graphic
Graphic 是UGUI的C#庫提供的一個基類。它是為Canvas提供可繪制幾何圖形的所有UGUI的C#類的基類。大多數(shù)Unity內置的繼承 Graphic 的類都是通過繼承一個叫 MaskableGraphic 的子類來實現(xiàn)，這使得他們可以通過IMaskable 接口來被隱藏。Drawable 類的子類主要是Image和Text，且UGUI已提供了同名組件。
Layout
Layout控制著RectTransform的大小和位置，通常用于創(chuàng)建復雜的布局，這些布局需要對其內容進行相對大小調整或相對位置調整。Layout僅依賴于RectTransforms，并且僅影響其關聯(lián)RectTransforms的屬性。這些Layout類不依賴于Graphic類，可以獨立于UGUI的Graphic類之外使用。
CanvasUpdateRegistry
這個單例類維護了 m_LayoutRebuildQueue 和 m_GraphicRebuildQueue 兩個重建隊列，在構造函數(shù)中監(jiān)聽了Canvas的 willRenderCanvases 事件，這個事件會在渲染前進行每幀調用。在回調函數(shù) PerformUpdate() 函數(shù)中，遍歷兩個重建隊列進行UI重建，并執(zhí)行ClipperRegistry的Cull方法。
Rebuild
Rebuild是指 Layout 和 Graphic 組件的網(wǎng)格被重新計算，這個過程在 CanvasUpdateRegistry 中執(zhí)行。
可以在Profiler中通過查看標志性函數(shù) Canvas.SendWillRenderCanvas 的耗時，來了解Mesh重建的性能消耗。
ICanvasElement
ICanvasElement接口，重建的時候會調用它的Rebuild方法，繼承它的類都會對這個函數(shù)進行重寫，Unity中幾乎所有的UI組件都繼承自這個接口。
二、UI Batching
Batching是指Canvas通過合并UI元素的網(wǎng)格，生成合適的渲染命令發(fā)送給Unity圖形渲染流水線。Batch的結果被緩存復用，直到這個Canvas被標為dirty，當Canvas中某一個構成的網(wǎng)格改變的時候就會被標記為dirty。
從CPU把數(shù)據(jù)發(fā)送到顯卡相對較慢，合批是為了一次性發(fā)送盡可能多的數(shù)據(jù)。
batch build、batching、rebatch等都是同一個概念。
計算批次需要按深度對網(wǎng)格進行排序，并檢查它們是否有重疊、以及材質和紋理貼圖是否相同等。
首先進行深度排序：按照Hierarchy窗口從上往下的順序
- 不渲染的UI元素Depth為 -1（setactive為false，canvasgroup.alpha為0，disable），UI下沒有和其他UI相交時，該UI的Depth為0。（相交指網(wǎng)格有重疊）
- 當前UI下面有一個UI與其相交，若兩者貼圖和材質相同時，它們Depth相同，否則上面的UI的Depth是下面UI的Depth+1。
- 當前UI下面與多個UI相交，則取多個UI中Depth最高的元素（Max）與當前UI比較，若兩者貼圖和材質相同，則它們Depth相同，否則Depth = Max + 1。
排序完成后對Depth，材質，貼圖都相同的UI進行合批。（C++實現(xiàn)，未開放源碼）
常見的打斷合批的原因：
- 同一深度 UI 元素使用了不同的材質或貼圖，比如不同的圖集或者字體。
- 使用了Unity的默認圖片或默認字體，本質上和上面一條相同。
- 原本能夠被合批的UI在Hierarchy層級相鄰，即使Z軸不同，也能被合批。但是原本可以合批的UI的Hierarchy層級之間或下方插入了其他UI，此時如果有UI的Z坐標不為0可能會打斷合批。
- UI使用了Mask，其本身和子節(jié)點不參與外部合批。同深度、同材質、同貼圖的Mask之間可以合批，不同Mask下的子物體也可以合批。
- UI使用了RectMask2D，其子節(jié)點不參與外部合批。UI本身參與外部合批，不同RectMask2D下的子物體不能合批。
調試工具
1）通過 Frame Debug 查看每個DrawCall的繪制：
注意：UGUI的 drawcall 根據(jù)Canvas渲染模式的不同，所在的位置也有所不同：
Screen Space - Overlay 模式時，將會出現(xiàn)在 Canvas.RenderOverlays 分組。
Screen Space - Camera 模式時，將會出現(xiàn)在所選相機的 Camera.Render 分組，作為一個 Render.TransparentGeometry 子組。
World Space 渲染模式時，將會作為一個 Render.TransparentGeometry 子組，出現(xiàn)在每個可以觀察到該 Canvas 的相機下。
2）通過 Profiler 的 UI Details 欄目查看所有Canvas的合批情況、打斷合批的原因以及每個批次繪制了哪些內容：
合批優(yōu)化策略
- UI設計的時候應盡量保持UI使用相同的材質并處于同一深度（使用圖集、注意UI的遮擋關系）；
- 不要使用默認圖片和默認字體；
- 特殊情況可以使用藝術字代替文本參數(shù)合批（bmfont）；
- UI的Z軸統(tǒng)一設置為0；
- 如果需要使用遮罩，僅需要使用一個的時候用RectMask2D（Mask多兩個DrawCall），需要使用多個的時候使用Mask（不同Mask的子節(jié)點參與合批）；
三、UI Rebuild
Rebuild分為Layout Rebuild 和Graphic Rebuild。
Layout Rebuild
要重新計算一個或者多個Layout組件所包含的UI組件的適當位置（以及可能的大小），有必要對Layout應用層次進行排序。在GameObject的hierarchy中靠近root的Layout可能會影響改變嵌套在它里面的其他Layout的位置和大小，所以必須首先計算。 為此，UGUI根據(jù)層次結構中的深度對dirty的Layout組件列表進行排序。層次結構中較高的Layout（即擁有較少的父transform）將被移到列表的前面。然后，排序好的Layout組件的列表將被rebuild，在這個步驟Layout組件控制的UI元素的位置和大小將被實際改變。關于獨立的UI元素如何受Layout組件影響的詳細細節(jié)，請參閱Unity Manual的UI Auto Layout章節(jié)。 [ 這就是為什么unity的布局組件一旦形成嵌套,套內組件將失效的原因 , unity也暫時未開放布局執(zhí)行層級順序的接口 , 僅在UGUI代碼中可見但未公開 ]
Graphic Rebuild
當Graphic組件被rebuild的時候，UGUI將控制傳遞給ICanvasElement接口的Rebuild方法。Graphic執(zhí)行了這一步，并在rebuild過程中的PreRender階段運行了兩個不同的rebuild步驟：1.如果頂點數(shù)據(jù)已經(jīng)被標為Dirty（例如組件的RectTransform已經(jīng)改變大?。?，則重建網(wǎng)格。2.如果材質數(shù)據(jù)已經(jīng)被標為Dirty（例如組件的material或者texture已經(jīng)被改變），則關聯(lián)的Canvas Renderer的材質將被更新。Graphic的Rebuild不會按照Graphic組件的特殊順序進行，也不會進行任何的排序操作。
Rebuild 通常會觸發(fā) Batching。
源碼分析
1. Rebuild的執(zhí)行過程
Canvas每幀執(zhí)行。
CanvasUpdateRegistry在構造函數(shù)中監(jiān)聽并注冊回調函數(shù) PerformUpdate。
下面是 PerformUpdate() 源碼：
private void PerformUpdate()
{
UISystemProfilerApi.BeginSample(UISystemProfilerApi.SampleType.Layout);
//清理Queue中值為null或者被銷毀的元素
CleanInvalidItems();
m_PerformingLayoutUpdate = true;
//根據(jù)父節(jié)點多少排序(層級)
m_LayoutRebuildQueue.Sort(s_SortLayoutFunction);
for (int i = 0; i <= (int)CanvasUpdate.PostLayout; i++)
{
UnityEngine.Profiling.Profiler.BeginSample(m_CanvasUpdateProfilerStrings[i]);
for (int j = 0; j < m_LayoutRebuildQueue.Count; j++)
{
var rebuild = m_LayoutRebuildQueue[j];
try
{
//布局重建
if (ObjectValidForUpdate(rebuild))
rebuild.Rebuild((CanvasUpdate)i);
}
catch (Exception e)
{
Debug.LogException(e, rebuild.transform);
}
}
UnityEngine.Profiling.Profiler.EndSample();
}
//通知布局重建完成
for (int i = 0; i < m_LayoutRebuildQueue.Count; ++i)
m_LayoutRebuildQueue[i].LayoutComplete();
m_LayoutRebuildQueue.Clear();
m_PerformingLayoutUpdate = false;
UISystemProfilerApi.EndSample(UISystemProfilerApi.SampleType.Layout);
UISystemProfilerApi.BeginSample(UISystemProfilerApi.SampleType.Render);
// now layout is complete do culling...
UnityEngine.Profiling.Profiler.BeginSample(m_CullingUpdateProfilerString);
//執(zhí)行裁剪(cull)操作
ClipperRegistry.instance.Cull();
UnityEngine.Profiling.Profiler.EndSample();
m_PerformingGraphicUpdate = true;
for (var i = (int)CanvasUpdate.PreRender; i < (int)CanvasUpdate.MaxUpdateValue; i++)
{
UnityEngine.Profiling.Profiler.BeginSample(m_CanvasUpdateProfilerStrings[i]);
for (var k = 0; k < m_GraphicRebuildQueue.Count; k++)
{
try
{
var element = m_GraphicRebuildQueue[k];
//圖形重建
if (ObjectValidForUpdate(element))
element.Rebuild((CanvasUpdate)i);
}
catch (Exception e)
{
Debug.LogException(e, m_GraphicRebuildQueue[k].transform);
}
}
UnityEngine.Profiling.Profiler.EndSample();
}
//通知圖形重建完成
for (int i = 0; i < m_GraphicRebuildQueue.Count; ++i)
m_GraphicRebuildQueue[i].GraphicUpdateComplete();
m_GraphicRebuildQueue.Clear();
m_PerformingGraphicUpdate = false;
UISystemProfilerApi.EndSample(UISystemProfilerApi.SampleType.Render);
}
2. UI是怎么加入重建隊列的
查看源碼發(fā)現(xiàn)，主要通過以下兩個函數(shù)將待重建的ICanvasElement加入重建隊列中：
一般通過臟標記來實現(xiàn)，以Graphic為例：
通過 SetLayoutDirty() 觸發(fā) LayoutRebuilder.MarkLayoutForRebuild(rectTransform) 將UI加入m_LayoutRebuildQueue 重建隊列中。
通過 SetVerticesDirty()、SetMaterialDirty()、以及 OnCullingChanged() 的調用將UI加入m_GraphicRebuildQueue 重建隊列中。
通過查看源碼中哪些地方調用了這幾個函數(shù)，就能知道什么情況下會觸發(fā)UI的Rebuild了。
常見觸發(fā)Rebuild的操作：
- RectTransform 的 Width，Height，Anchor，Pivot改變。
- Text 的內容及顏色變化、設置是否支持富文本、更改對齊方式、設置字體大小等。
- Image 組件顏色變化、更換Sprite。
- Slider 組件每次滑動時。
- ScrollBar 組價每次滑動時。
- SetActive、Enable為true時。
- Mask 勾選/取消勾選 Show Mask Graphic。
- Material改變。等等…
經(jīng)測試，改變Position，Rotation，Scale不會引起UI重建，但是會直接觸發(fā)Batching。
反射查看Rebuild隊列：
可以在運行時查看哪些元素引起UI重建。
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using System.Reflection;
using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;
public class LogRebuildInfo : MonoBehaviour
{
IList<ICanvasElement> m_LayoutRebuildQueue;
IList<ICanvasElement> m_GraphicRebuildQueue;
private void Awake()
{
System.Type type = typeof(CanvasUpdateRegistry);
FieldInfo field = type.GetField("m_LayoutRebuildQueue", BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance);
m_LayoutRebuildQueue = (IList<ICanvasElement>)field.GetValue(CanvasUpdateRegistry.instance);
field = type.GetField("m_GraphicRebuildQueue", BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Instance);
m_GraphicRebuildQueue = (IList<ICanvasElement>)field.GetValue(CanvasUpdateRegistry.instance);
}
private void Update()
{
for (int j = 0; j < m_LayoutRebuildQueue.Count; j++)
{
var element = m_LayoutRebuildQueue[j];
if (ObjectValidForUpdate(element))
{
Debug.LogErrorFormat("{0} 引起 {1} 網(wǎng)格布局重建", element.transform.name, element.transform.GetComponentInParent<Canvas>().name);
}
}
for (int j = 0; j < m_GraphicRebuildQueue.Count; j++)
{
var element = m_GraphicRebuildQueue[j];
if (ObjectValidForUpdate(element))
{
Debug.LogErrorFormat("{0} 引起 {1} 網(wǎng)格圖形重建", element.transform.name, element.transform.GetComponentInParent<Canvas>().name);
}
}
}
private bool ObjectValidForUpdate(ICanvasElement element)
{
var valid = element != null;
var isUnityObject = element is Object;
if (isUnityObject)
valid = (element as Object) != null; //Here we make use of the overloaded UnityEngine.Object == null, that checks if the native object is alive.
return valid;
}
}
3. Rebuild具體做了些什么
以Graphic為例。
3.1 圖形重建過程：
public virtual void Rebuild(CanvasUpdate update)
{
if (canvasRenderer == null || canvasRenderer.cull)
return;
switch (update)
{
case CanvasUpdate.PreRender:
if (m_VertsDirty)
{
UpdateGeometry();
m_VertsDirty = false;
}
if (m_MaterialDirty)
{
UpdateMaterial();
m_MaterialDirty = false;
}
break;
}
}
-
UpdateGeometry()
Graphic中有個靜態(tài)對象s_VertexHelper保存每次生成的Mesh信息(包括頂點，三角形索引，UV,頂點色等數(shù)據(jù))，使用完后會立即清理掉等待下個Graphic對象使用。
我們可以看到，s_VertexHelper中的數(shù)據(jù)通過OnPopulateMesh函數(shù)，進行填充，它是一個虛函數(shù)會在各自的類中實現(xiàn)，我們可以在自己的UI類中，重寫OnPopulateMesh方法，實現(xiàn)自定義的UI。
s_VertexHelper數(shù)據(jù)填充之后，調用FillMesh() 方法生成真正的Mesh，然后調用 canvasRenderer.SetMesh() 方法來提交。SetMesh() 方法最終在C++中實現(xiàn)，這也是UGUI的效率比NGUI高一些的原因，因為NGUI的Mesh合并是在C#中完成的，而UGUI的Mesh合并是在C++中底層完成的。 -
UpdateMaterial()
UpdateMaterial() 方法會通過canvasRenderer來更新Material與Texture。
3.2 布局重建過程：
LayoutRebuilder 的 Rebuild() 方法：
PerformLayoutCalculation() 方法會遞歸計算UI元素的寬高（先計算子元素，然后計算自身元素）。
ILayoutElement.CalculateLayoutInputXXXXXX() 在具體的實現(xiàn)類中計算該UI的大小。
PerformLayoutControl() 方法會遞歸設置UI元素的寬高（先設置自身元素，然后設置子元素）。
ILayoutController.SetLayoutXXXXX() 在具體的實現(xiàn)類中設置該UI的大小。
UI重建優(yōu)化策略
- 動靜分離：細分Canvas，把相對靜態(tài)的、不會變動的UI放在一個Canvas里，而相對變化比較頻繁的UI就放在另一個Canvas里。注意：新增Canvas會打斷合批，增加DrawCall。
- 隱藏界面時，可用CanvasGroup.Alpha=0，或者從Camera渲染層級里移除等方法隱藏，代替SetActive。
- 對于血條、角色頭頂名稱、小地圖標記等頻繁更新位置的UI，可盡量減低更新頻率，如隔幀更新，并設定更新閾值，當位移大于一定數(shù)值時再賦值（重復賦相同的值，也會SetDirty觸發(fā)重建）。
- 注意合理設計UI的層級，由于布局重建需要對UI進行排序，層級太深影響排序消耗。
四、OverDraw
Overdraw是指一幀當中，同一個像素被重復繪制的次數(shù)。Fill Rate(填充率)是指顯卡每幀每秒能夠渲染的像素數(shù)。在每幀繪制中，如果一個像素被反復繪制的次數(shù)越多，那么它占用的資源也必然更多。Overdraw與Fill Rate成正比，目前在移動設備上，F(xiàn)illRate的壓力主要來自半透明物體。因為多數(shù)情況下，半透明物體需要開啟 Alpha Blend 且關閉 ZTest和 ZWrite，同時如果我們繪制像 alpha=0 這種實際上不會產(chǎn)生效果的顏色上去，也同樣有 Blend 操作，這是一種極大的浪費。
不幸的是，Canvas繪制的所有幾何體都在透明隊列中繪制。也就是說，Unity UI生成的幾何體將始終使用 Alpha 混合從前向后繪制。從多邊形柵格化后的每個像素都將被采樣，即使它完全由其他不透明多邊形覆蓋。在移動設備上，這種高水平的透支可以快速超過GPU的填充率容量。
在場景【scene】下拉列表中選擇overdraw就能看見，越亮的地方就是overdraw最多的部分。
OverDraw優(yōu)化策略
- 減少UI重疊層級，隱藏處于底下被完全覆蓋的UI面板。
- 對于需要暫時隱藏的UI，不要直接把Color屬性的Alpha值改為0，UGUI中這樣設置后仍然會渲染，應該用CanvasGroup組件把Alpha值置零。
- 需要響應Raycast事件時，不要使用空Image，可以自定義組件繼承自MaskableGraphic，重寫OnPopulateMesh把網(wǎng)格清空，這樣可以響應Raycast而又不需要繪制Mesh。
- 打開全屏界面，關閉場景攝像機。對于一些非全屏但覆蓋率較高的界面，在對場景動態(tài)表現(xiàn)要求不高的情況下，可以記錄下打開UI時的畫面，作為UI背景，然后關掉場景攝像機。
- 裁掉無用區(qū)域，鏤空，對于 Sliced 類型的 Image 可以看情況取消 Fill Center。
- 保持UI上的粒子特效簡單，盡量不要發(fā)生重疊。
五、其他優(yōu)化
- 所有可點擊組件例如 Image、Text 在創(chuàng)建時默認開啟 RaycastTarget。當進行點擊操作時，會對所有開啟RaycastTarget的組件進行遍歷檢測和排序。實際上大部分的組件是不需要響應點擊事件的，對于這些組件我們應該取消RaycastTarget屬性，最好的方式是監(jiān)聽組件創(chuàng)建，在創(chuàng)建時直接賦值為 false，對于需要響應事件的組件再手動開啟。
- Text 盡量不要使用 outline 或者 shadow 組件，會使頂點數(shù)量成倍增加。字體效果考慮 Shader實現(xiàn)，或者直接讓美術同學把陰影和描邊做到字體里。
六、總結
常見UI性能問題：
- DrawCall過高，合批和提交批次（CPU --> GPU ）花費大量CPU時間（Rebatch）。
- UI重建花費大量CPU時間（Rebuild）。
- 填充率過高，導致GPU渲染壓力過大（overdraw）。
- 生成頂點花費大量CPU時間（通常來自文本）。
上面針對這些問題提出了一些通用的優(yōu)化策略。但正如官方文檔所說：
The core tension when optimizing any Unity UI is the balancing of draw calls with batching costs. While some common-sense techniques can be used to reduce one or the other, complex UIs must make trade-offs.
UI優(yōu)化的核心是DrawCalls和Batching開銷的平衡。可以使用一些常識性技術來減少其中之一，但復雜的UI必須在兩者間進行權衡。
舉例：
修改 Graphic 的Color屬性，其原理是修改頂點色，因此是會引起網(wǎng)格的Rebuild的(即Canvas.BuildBatch操作，同時也會有Canvas.SendWillRenderCanvases的開銷)。而通過修改頂點色來實現(xiàn)UI元素變色的好處在于，修改頂點色可以保證其材質不變，因此不會產(chǎn)生額外的DrawCall。
在UI的默認Shader中存在一個Tint Color的變量，正常情況下，該值為常數(shù)(1,1,1)，且并不會被修改。如果是用腳本訪問Material，并修改其Tint Color屬性時，對UI元素產(chǎn)生的網(wǎng)格信息并沒有影響，因此就不會引起網(wǎng)格的Rebuild。但這樣做因為修改了材質，所以會增加一個Draw。
這時候就得權衡一下是要更少的DrawCall，還是減少UI的重建更合適。文章來源：http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-461827.html
七、參考文章
https://edu.uwa4d.com/lesson-detail/126/482/0?isPreview=false uwa drawcall rebatch rebuild particle 等
https://www.jianshu.com/p/5a39cfa74232 UI Rebuild過程詳解
https://blog.csdn.net/gaojinjingg/article/details/103565840?spm=1001.2101.3001.6650.3 Unity UGUI優(yōu)化與原理
https://www.drflower.top/posts/aad79bf1/ UGUI性能優(yōu)化總結
https://zhuanlan.zhihu.com/p/350778355 OverDraw詳解文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-461827.html
到了這里，關于Unity 性能優(yōu)化基礎的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內容，請在右上角搜索TOY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！
