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BlueRoseNote/03-UnrealEngine/性能优化/UE5优化方法与实践笔记.md

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UE5优化方法与实践笔记 2022-09-26 10:06:37 ⭐⭐

前言

GPU Visualizer工具显示命令： ProfileGPU CPU优化方法:https://www.unrealengine.com/en-US/blog/how-to-improve-game-thread-cpu-performance

Sample Workflow

  1. Run Stat unit
    • shows the render thread is taking 50 ms.
  2. Then run stat scenerendering
    • shows that 25 ms is in the RenderViewFamily
    • leaving us with 25 ms that the render commands are taking up
  3. Finally, run stat sceneupdate
    • we see that there is 25 ms in AddLight RT
    • we see that it is being called 10 times a frame
  4. We then need to go look at who is calling AddLight via a break point. And see why adding a specific light or lights is so slow. Usually it is the case that a specific light being added in a way that is doing more work than actually needs to be done. (e.g. attaching / reattaching it)

优化前需做

  • r.vsync 0
  • t.maxfps 0
  • SmoothFrameRate=False (Project Settings)
  • Lighting Built & MapCheck Errors fixed.
  • Packaged Game build
    • 使用Standalone进行优化。

优化笔记

r.Lumen.DiffuseIndirect.MeshSDF.RadiusThreshold 让物体包围球的半径大于上述两个决定的数值的时候，才参与mesh sdf的软追踪。

某些情况下，创建移除 WPO/PDO 的材质 LOD 可能不切实际，但这些转换的最终效果在远处很小。用于r.Shadow.Virtual.Cache.MaxMaterialPositionInvalidationRange设置一个距离（以厘米为单位），超过该距离将忽略这些材质的缓存失效。 为了在这些情况下更好地优化，可以使用启用可选的单独静态缓存r.Shadow.Virtual.Cache.StaticSeparate 1模式。此模式将物理页面池的大小加倍，以便可以将给定页面中的静态几何与动态几何分开缓存。即使动态几何移动了，也不需要重新绘制静态几何。

Nanite

r.Nanite.AllowWPODistanceDisable

非纳米变形和树叶

可以使用骨骼动画变形的几何体，或使用世界位置偏移或像素深度偏移的材质总是使缓存页面每帧无效。根据定义，这些案例也必须是非 Nanite——这更昂贵——因此确保谨慎使用这些功能并控制边界是极其重要的。 在某些情况下，例如草地，有时是树叶，仅使用接触阴影就足以替代高分辨率阴影贴图。在前景中需要高细节阴影的情况下，请考虑以下内容以帮助降低性能成本：

  • 非 Nanite 对象仍然遵守常规阴影 CPU 剔除设置，例如r.Shadow.RadiusThreshold. 使用这些来帮助控制将这些对象渲染到虚拟阴影贴图中的成本。
  • 在有很多树叶的场景中，强烈建议使用 禁用粗糙页面中的非 Nanite 对象r.Shadow.Virtual.NonNanite.IncludeInCoarsePages 0。或者，考虑在不需要时 完全禁用粗糙页面。
  • 在效果不再明显的距离使用网格 LOD 切换到不使用 WPO/PDO 的材料。在某些情况下，可以关闭远处这些对象的动态阴影投射，并完全依赖屏幕空间接触阴影。

对于平行光，还有其他可用选项：

  • 距离场阴影接管非 Nanite 几何体，超出由光的级联阴影贴图部分设置的**动态阴影距离可移动光距离。**为远处的非 Nanite 切换到距离场阴影可以显着提高性能，因为该几何体不具有 Nanite 提供的细粒度 LOD 缩放。
  • 在某些情况下，创建移除 WPO/PDO 的材质 LOD 可能不切实际，但这些转换的最终效果在远处很小。用于r.Shadow.Virtual.Cache.MaxMaterialPositionInvalidationRange设置一个距离（以厘米为单位），超过该距离将忽略这些材质的缓存失效。 如果运动很明显，这可能会导致阴影“模糊”，并且对象会错误地自我形成阴影，但通常这些伪影是性能和便利性的合理折衷。

普通植被

普通植被最快，最有效的优化方式是做好LOD，减少culling distance.除此之外，还有两个因素对性能也有一定的影响。

  • foliage actor的范围 foliage actor的默认tile的大小是256，如果一个tile下有大量的植被，而且植被密度非常浓密的时候，这里不仅会引起分区流送引起cluster tree构建的卡顿，也会导致gpu下prepass和basspass消耗过高，因为默认的剔除盒子太大，导致prepass和basspass存在大量的vs的overdraw.
  • cluster tree遮挡剔除盒子大小 cluste tree的剔除盒大小，决定了这一块instance是否绘制，过大的盒子，会引起prepass和basspass的vs阶段的overdraw，过小的盒子，导致存在大量的遮挡剔除查询导致render线程耗时过高，而且也会产生过多的drawcall。引擎对于cluster tree的控制参数都是全局的，有一些component适用，也一些则不合适。过密的component须要提高盒子的粒度，过于稀疏而且面数不高的，可以减少盒子数。因为，如果植被特别影响性能的时候，可以修改引擎支持让这些参数跟着component走。引起cluster tree盒子的因素有点多，这里主要聊三个。

foliage.MaxOcclusionQueriesPerComponent 控制每个component的最多盒子数

foliage.MinOcclusionQueriesPerComponent 控制每个component的最少盒子数

foliage.MinInstancesPerOcclusionQuery 控制每个盒子最小包含的实例数

如果这个盒子粒度控制好，在植被比较多的情况下，可以在prepass和basspass省下2MS的预算。

贴图优化

具体参看：Managing the Texture Streaming Pool：https://www.youtube.com/watch?v=uk3W8Zhahdg 大致步骤：

  • 使用Tools - Audit - Statistics查看贴图占用显存以及场景中的使用数量。
  • 通过ViewMode - OptimizationViewModes - RequiredTextureResolution 查看贴图在场景中所需要的占用比例是否合适。
  • 使用批量编辑功能修改Texture资产的MaximumTextureSize到指定Mipmap层级的分辨率即可。

另一个种方式就是使用SVT。

游戏的优化指标

目标性能：30帧 约30ms 2000-3000是合理drawcall次数；5000较高；10000有问题

优化建议

  1. 远景或者不太容易见到的灯光不产生阴影
  2. Spotlight不要超大开角，可以降低阴影分辨率，衰减半径不要设置过大，只需照亮需要照亮的主题即可，如果不投射阴影可以改成点光源。
  3. 灯光需要减少级联阴影的使用量，在远景处尽可能得使用距离场阴影
    1. 方向光：降低DynamicShadowDistanceMoveableLight，Num Dynamic Shadow Cascades的值。适当调整DistanceFieldShadowDistance与DistanceFieldTraceDistance。
    2. 其他光：降低Max Draw Distance，减少渲染范围；控制Attenuation Radius、Cone Angle减少叠加。具体可以使用ViewModel - Optimization ViewModes - Light Complexity来进行检查。
    3. 其他光：降低ShadowResolutionScale；并且调整亮度，让玩家看不出阴影质量较低。
    4. 对于非Nanite物体的阴影，可以使用r.Shadow.RadiusThreshold来减少投射阴影的物体数量。
    5. VSM
      1. 局部光：16k，8级Mipmap
      2. 方向光：16k， 17级Clipmap
      3. 纹理池上限：r.Shadow.Virtual.MaxPhysicalPages (4096)
      4. Lod精度偏移
        1. r.Shadow.Virtual.ResolutionBiasDirectional
        2. r.Shadow.Virtual.ResolutionBiasLocal
      5. 减少SMRT的采样次数来提高软阴影的性能。
  4. Lumen
    1. 距离场的设置!Lumen_StaticMeshDistanceFieldSettings.png
  5. Nanite
    1. UE5.1针对树等植被，采用了直接的建模式树叶而非之前的Mased+卡片的方式实现，此时再配合StaticMesh中NaniteSettings的Preserve Area。拉远了树木上的树叶就不会消失了。
    2. UE5.1支持了WorldPositionOffset，但这个效果在远距离下并不明显，需要根据距离优化掉。可以通过View Mode - Optimization View Mode - Evaluate World Position Offset来查看。
  6. 控制RayTracing渲染功能的距离与范围
    1. 按角度与距离剔除
      1. r.Raytracing.Culling 1
      2. r.Raytracing.Culling.Radius 10000 （100米）
      3. r.Raytracing.Culling.Radius 1 （5度）
    2. 设置光追组
      1. StaticMeshComponent - RayTracing - Advanced - Raytracing Group Id /Culling Priority
  7. 针对粒子特效，可以调节Cut Off的裁剪系数，Spawn Time，Spawn Rate等等可以在保证效果的同时来降低粒子数量的参数
    1. https://www.youtube.com/watch?v=_T-BTiMF7XA
    2. https://docs.unrealengine.com/4.26/en-US/RenderingAndGraphics/Niagara/EmitterReference/RenderModules/
  8. 尽可能使用贴花
  9. 模型优化
    1. 给模型生成LOD以及HLOD
      1. Level Of Detail Coloration->Mesh LODs(可以用红绿蓝三种颜色来检验不同屏幕尺寸的LOD变化）
      2. 对于远处会闪烁的模型，需要关闭LOD的自动计算LOD距离，并且手动制作LOD。
    2. 模型转换为Nanite后，可以使用Nanite Tools来检查Nanite转换是否正确
    3. 如果是大量OverDraw Nanite模型，可以使用UE内置建模工具的Merge功能将模型进行合并。
  10. 使用剔除功能减少渲染的图元数 1. 使用Stat InitViews检查当前渲染图元数，以及之后优化完之后的图元数。View Visibility、Occlusion Cull为剔除消耗，Processed、Frustum Culled、Occluded剔除前后图元变化。 2. 给模型的LOD选项中设置MinDrawDistance、DesiredmaxDrawDistance、CurrentMaxDrawDistance让模型在较远处被剔除，适合一些细小的装饰类模型。 3. 使用剔除用Volumn。
  11. 材质、蓝图等等，如果可以创建实例就使用实例
  12. 综合优化视频
    1. Adjusting Your Content to Perform on Target Hardware https://www.youtube.com/watch?v=Ln8PCZfO18Y
  13. 贴图优化
    1. 调整贴图的LOD Bias
    2. 使用rdTexTools 插件优化贴图
  14. 使用MergeActor工具，将模型转化成Instance或者将细碎的模型组合成一个模型。
  15. 调整材质：减少材质复杂度以及使用的材质指令量。EPIC给出的建议：300左右正常、500+优化、1000+尽量减少。
  16. HLOD 估计适合组合拼装的房子 https://www.youtube.com/watch?v=WhcxGbKWdbI
    1. 知乎介绍文章：https://zhuanlan.zhihu.com/p/77509062
    2. HLOD需要在世界设置中的LODSystem中打开。
  17. 场景模型剔除 推荐视频：https://www.youtube.com/watch?v=6WtE3CoFMXU
    1. Show-Visualize-Advanced-CameraFrustums，可以查看摄像机范围外的物体与遮挡物体。
    2. Volumn
      1. CullDistanceVolumn： 根据对象距摄像机的距离及其尺寸，对对象进行剔除（即不绘制到屏幕上）。当对象小到可被视为不重要时，即可不绘制对象，从而优化场景。尺寸是按照边界框的最长边计算的，而剔除距离是根据与该尺寸最接近的距离计算的。
      2. HierarchicalLODVolumn
      3. MeshMergeCullingVolumn：与HLOD有关
      4. PrecomputedVisibilityVolumn：这类体积会保存Actor的可视性，以了解它们在场景中的位置。应仅将这些体积放置在玩家可以到达的区域。（视频是把玩家可以到的地方直接放满了）
    3. Debug方法
      1. FreezeRendering：Foliage.Freeze、FX.FreezeGPUSimulation、FX.FreezeParticleSimulation
      2. r.VisualizeOccludedPrimitives1
      3. ToggleDebugCamera
  18. UE5 OpenWorld WorldComposition Datalayer ，里面有附带大世界的HLOD 以及Nanite生成方法以及对应的CommanLet：https://www.youtube.com/watch?v=ZxJ5DG8Ytog

场景

在蓝图中放置多个&多层StaticMeshComponent结构，在移动时会爆卡。可以在子Component中勾选Use Attach Parent Bound即可避免多层级的BoundingBox更新而导致卡顿。

!UE5 MergeActor使用笔记

DLSS与动态分辨率

DLSS 在5.03上没有效果，动态分辨率不支持PC。

https://docs.unrealengine.com/5.0/en-US/dynamic-resolution-in-unreal-engine/

蓝图的方法

900

c++的方法

GEngine->GetDynamicResolutionStatus()->SetEnabled(true);

将 SetEnabled 设置为 false 可将其禁用。

在实际启用或禁用动态分辨率时，游戏线程逻辑掌握最终程序控制权限，所以如果你是用蓝图在运行时启动它，这会优先于代码设置。要将游戏用户设置恢复到初始状态，请使用以下命令行：

GEngine->GameUserSettings->ApplyNonResolutionSettings();

命令行

你可以使用 运算模式（Operation Mode） 设置如何在游戏中覆盖和使用动态分辨率，设置在游戏中覆盖它和使用它的方式。为了控制这种模式，在项目所对应平台（Xbox One、PlayStation 4等）的平台配置描述（或设备描述）中，你可以使用下列控制台命令：

r.DynamicRes.OperationMode

使用下列数值之一来设置运算模式如何针对项目的平台工作：

  • 1 是根据游戏用户设置状态（在C++或蓝图中设置）启用动态分辨率。
  • 2 是无论游戏用户设置状态如何都启用动态分辨率。

启用动态分辨率后，下列控制台变量会设置屏幕百分比的最大值和最小值，以及在降低分辨率之前任何给定帧的最大预算。如果你不设置，这些变量都有默认值：

控制台变量 默认值 描述
r.DynamicRes.MinScreenPercentage 50 设置要使用的最小屏幕百分比。
r.DynamicRes.MaxScreenPercentage 100 设置用于分配渲染目标的最大主要屏幕百分比。
r.DynamicRes.FrameTimeBudget 33.3 设置帧预算（以毫秒为单位）。

你可以使用Unreal Engine中的"设备描述（Device Profiles）"窗口设置和管理配置文件。可以通过"文件（File）"菜单选择 编辑（Edit）> Developer Tools（开发者工具）> Device Profiles（设备描述） 来访问此窗口。

暂停和恢复动态分辨率

有时你可能需要为项目启用动态分辨率，但你又不想对主大厅之类的区域启用。动态分辨率可以随运作模式暂停和恢复。下列控制台变量可用于设置动态分辨率的运算模式：

r.DynamicRes.OperationMode
数值 描述
0 禁用（默认）
1 根据GameUserSettings中使用的设置启用。
2 无论GameUserSettings中的设置如何都会启用。

DLSS 与 FSR

UE5使用DLSS时需要关闭TAA，并且调整ScreenPercentage与描边宽度问题解决

DLSS

FSR

内存数据查看

  • stat llm：查看虚拟内存数据。需要在启动方式里添加-llm才会有数据。
  • MemoryInsight：需要在启动方式里添加-trace=memory，之后才能在UnrealInsight中查看。

材质优化 MIN/MAX DRAW DISTANCE

使用DistanceCullFade节点将过远的部分给Cull掉。 !Unreal-Engine-Game-Optimization-on-a-Budget_MINMAX DRAW DISTANCE.png

FREEZERENDERING

冻结渲染以此查看剔除情况。

  • ‘FreezeRendering’ + ; (semi-colon) to fly with DebugCamera
  • Verify occlusion is working as expected
  • ‘pause’ (Freeze Game Thread)

LIGHT CULLING (Stationary & Movable)

  • Automatic ScreenSize culling not strict enough
    • MinScreenRadiusForLights (0.03)
  • Cull earlier case-by-case
    • MaxDrawDistance
    • MaxDistanceFadeRange
  • Profiling
    • Show > LightComplexity (Alt+7)
    • Show > StationaryLightOverlap
    • ToggleLight

LEVEL STREAMING

关卡流调试方法

  • Streaming Volumes vs. Manual Load/Unload
    • Camera Location based (caution: third person view and cinematic shots)
    • Cannot combine both on a specific sublevel, can mix within the game
  • Profiling
    • stat levels
    • Loadtimes.dumpreport (+ loadtimes.reset)
    • Unreal Insight
      • UnrealInsight相关标签：Look for level load & “GC” bookmarks
      • UnrealInsight相关追踪内容：loadtime,file categories

Animation

ANIMATION: FAST PATH

  • Allow ‘Fast Path’ by moving Computations out of AnimGraph (into EventGraph)
    • Use WarnAboutBlueprintUsage to get warnings in AnimGraph
  • Profiling
    • stat anim

ANIMATION: QUICK WINS

  • Update Rate Optimization (URO) for distant SkelMeshes：根据距离调整骨骼物体的更新频率，该选项位于SkeletalMeshComponent。
  • VisibilityBasedAnimTickOption (DefaultEngine.ini)
    • OnlyTickPoseWhenRendered
    • AlwaysTickPoseAndRefreshBones
    • …
  • More Bools!
    • bRenderAsStatic ：UE5.2不存在该选项。
    • bPauseAnims：该选项位于SkeletalMeshComponent。
    • bNoSkeletonUpdate：该选项位于SkeletalMeshComponent。

DrawCall优化相关

使用Stat DrawCount 可以参看当前视角所有Pass所有DrawCall。

使用Stat SceneRendering 可以查看Mesh Draw Call。

Shadow优化

原文:https://zhuanlan.zhihu.com/p/644620609

阴影

阴影主要聊一下平行光的两个解决方案，一个传统的CSM，一个是ue5配合nanite的VSM.传统的CSM效果最好，没有噪点，也没有BUG，但是走了Nanite的话,CSM跟nanite配合是水士不服。UE5主推的VSM，性能最好，但是bug多，有噪点，但是又没办法跟距离场配合，开启了VSM，平行光的阴影只有VSM这一种，真是又爱又恨。

csm

CSM的实行网上教程很多，这里主要聊优化手段。

  • CSM缓存 可以通过r.Shadow.CSMCaching修改为1，开启csm缓存.它会为静态和动态的对像分别启用一张深度图，动态的深度图每帧都会重绘，但是可以通过r.Shadow.CacheWPOPrimitives调整，让WPO的也强制缓存。当两帧平行光没有变化，而且两帧的CSM重叠超过一个阈值的时候，CSM会复用上一帧的深度图，这个阈值通过r.Shadow.CSMScrollingOverlapAreaThrottle调整，默认是0.75。这个CSM缓存在低分辨率下的时候也个好优化，对于高分辨率，深度图失效的时候会重现申请，申请这个RT是个不少的消耗，这一点要注意。

  • CSM层遮挡剔除 CSM有好多层，如果前面有个建筑物很高，完全档住人你的视线，这里CSM，远处的层级照样绘制深度，这个是没有必要的，可以通过遮挡剔除优化掉，UE也做了这个优化。过能r.Shadow.OcclusionCullCascadedShadowMaps修改，让不在视野范围的深度图不参与计算，这个是个不错的优化，最好开启。

  • 调整屏幕占比factor 对于一些特别远的，屏幕占比很低的物体，没必要去生成深度，可以通过修改r.Shadow.RadiusThreshold生成深度图的对像的半径阈值。

  • 强制使用LOD 可以通过r.ForceLODShadow调用生成阴影深度的LOD，这个是个大优化。

  • 调整分辨率 这个优化是最好的，直接把分辨率降低，消耗直接变低。r.Shadow.MaxCSMResolution可以通过此参数调整csm每层的分辨率。

  • 逐帧更新 因为csm有很多层，对于远处的层，没必要每帧都更新，可以在csm缓存的代码里，修改一下，就可以做到远处的层级逐帧更新，这个优化，可以把CSM的性能提高了好多。

  • 代理阴影 对于非nanite的网格体，有强制使用LOD，可以降低深度图对像的面数，但是对于nanite，前面的手段是不生效的。对于nanite来说，走的是自已的raster。但是很多时候nanite光栅化出来的面数非常巨大，引起nanite切换lod失效的因素非常多。所以对于那些远处，又或者自投影细节比较少的网格体，可以使用代理nanite阴影去解决。修改引擎支持proxyshadow component，只设置影响深度pass，其它pass都不绘制，可以解决nanite在csm情况下LOD失效的时候减面优化性能。

上面的手段，基本都是对于非nanite的有效，对于nanite的，上面的优化手段基本都是失效的，nanite的网格全是gpu driver的，有自已的渲染管线。

vsm

VSM的原理就是一张大VT，不同clipmap范围的VT页分辨率不一样，同时动静分离，在平行光不变的情况下，静态页面复用，只重绘动态的页面，同时对于动态的页面缓存,非nanite的网格体也可以缓存,可以通过r.Shadow.Virtual.Cache.MaxMaterialPositionInvalidationRange调整数值，让离自已一定范围内的非nanite才失效，超过强行缓存。对于平行光不停在变情况的情况下，所有页面都在失效，这时可以关闭缓存（r.shadow.vsm.cache），反而可以提高一点性能，节省一些显存，因为不分动静页，也不会分析哪些而页面失效。

目前VSM的问题比较多，主要集中在两个方面，bug多和噪点问题，bug比如，页面分析出错，应该失效的页面不失效，大范围WPO导致超出cluster bound box，导致深度图被clamp在一个范围内，同一个物体的深度在不同clipmap下的页面不一至 ，导致一些奇奇怪怪的阴影错乱问题， 噪点问题是算法决定了,smrt，判断是否是软阴影的一个算法，当一个像素发送射线过多，会导致性能不行，过低，噪点严重。总体来说，VSM，还不能完全线上使用。

VSM配合nanite使用，性能是非常好的，下面讲一下VSM的一些优化手段，主要是降分辨率。

  • clipmap范围与页面密度 可以通过调用r.Shadow.Virtual.Clipmap.FistLevel和LastLevel来调clipmap的覆盖范围，在不同的clipmap有同的页面覆盖面积。这里不仅可以优化性能，也可以优化显存。

  • 分辨率bias 在clipmap范围不变的情况下，可以通过调整每个页面的覆盖范围，通过调整r.Shadow.Virtual.ResolutionLodBiasDirectional来修改平行光的页面覆盖面积以达到降分辨率的处理

  • 非nanite物体wpo强制缓存 调整r.Shadow.Virtual.Cache.MaxMaterialPositionInvalidationRange数值，让在数值范围内的WPO强制使用缓存。

距离场阴影

距离场阴影的原理是，把屏幕切tile，在cs里，找到每个tile对应有可能overlap的距离场，然后每个tile每个像素追踪距离场，就可以知道像素是否在阴影下。距离场阴影性能非常好。对于远处的物体阴影 ，都建议开距离场阴影。但是，在VSM开启的情况下，Nanite物体距离场是失效的。

对于点光的阴影，可以通过在远距离时使用距离场阴影，近距离影时使用shadowmap。

这里提示一点，在室内或者完全不受平行光的环境下，可以把平行光的阴影关掉，用距离场去代替。

接触阴影

接触阴影主要是屏幕空间下的通过hzb追踪得来的阴影，他会有效果表现下比较差，但是对于植被这种，特别适合，当场景大量存在存被的情况下，可以开启接触阴影。

点光源

对于点光在GPU端，分两种情况，直接阴影和间接阴影。有三种阴影选择，深度图，接触阴影，距离场，接触阴影效果不好，深度图精度最高，支持动态物体，但是很影响性能，距离场性能最好，但是不支持动态物体。对于远一点的，可以用距离场代替，随着距离变近，切换到shadowmap,把光源交由逻辑层管理。

如果一个光源间接光照强度大于0，此光源就会在lumen scene生效，在lumen scene里不仅要计算光照，也要计算阴影，包括离屏阴影，性能消耗不低，无论使用shadowmap还是距离场，这里交由脚本层管理，过远的把间接光照强度调成0，不参与lumen scene.

RVT

RVT的使用教程知乎非常多，这里聊一下性能优化点。对于贴图混合层特别多的时候，用RVT可以优化非常大的性能，特别是地形，但是RVT有时候也会突然消耗非常高，可达3MS以上，下面各个聊。

produce与upload

当VT不存在，或者MIP级别不匹配的时候，引擎会从磁盘（svt）或者通过drawcall(rvt)生成对应的tile,这个过程叫produce,当生成后，就会upload到gpu中，更新indirect table和vt图集，这个过种叫upload.

produce

svt的produce不影响性能，主要影响性的是地形的rvt的produce,因为地形的图层太多了，这里会通过调用地形的材质drawcall生成对应的vt tile.这里性能消耗是不低的，可以通过r.VT.MaxTilesProducedPerFrame调整数量，注意，这个参数是包括svt的tile数量。

upload

一般upload不会产生GPU的消耗，除非你的upload数量非常高。可以通过r.VT.MaxUploadsPerFrame调整每帧的upload数量，编辑下通过r.VT.MaxUploadsPerFrameInEditor调整。

VT池问题

当VT池不足的时候，vt池会不停的切换mip以降显存，这里GPU的VT消耗就会起来。可以通过命令r.VT.Residency.Show查看哪些VT池不足，也可以通过r.VT.Residency.Notify，当对应的池不足切mip的时候，屏幕下会有打印warning，找到对应的池，在配置文件里增大显存。

地形

地形用RVT去减少采样是个非常大的优化，另外RVT支持离线烘倍，可以把低的mip离线烘倍，减少切mip的时候的draw call发生以优化性能。通过RVT Volumn下的虚拟纹理构建，把低的MIP烘倍出来。

Nanite

nanite是UE5最稳定，性能最好的新技术,对于实现原理，没有想像中这么复杂，可以去看一下知乎大佬丛越系列的文章，讲的非常详细，这里聊一下nanite遇到的性能问题。

WPO

WPO非常影响性能，当cluster剔除后，光栅化后出来的面数也不低，全开WPO，会让vibility buffer生成性能翻倍，这里可以使用世界位置偏移禁用距离调整，超过距离后WPO禁用

Mask

当有mask材质的时候，没办法通过HZB做剔除，只能先光栅化出来才能通过alphatest来决定去流，overdraw非常严重，对于nanite的材质，最好禁用mask材质。使用mask材质性能非常低，之前有测试过，有mask性能直接减半。

LOD减面失效问题

nanite的减面是要依赖平滑法线组去决定三角面是否能合并，如果一个模形导出的时候没有平滑法线组，UE会有warning，这个要特别注意，如果没有平滑法线组，面数非常爆裂。

Drawcall问题

nanite的bass pass是通过在屏幕空间切tile，每个tile有要用到drawcall的材质，CPU端是不知道此时GPU端哪些材质是否draw,所以nanite的draw call是在CPU端，把加载进来的所有材质都发起drawcall，每个drawcall是一个quad,没有在屏幕的时候在vs阶段就culling掉.正常来说，一个culling掉的drawcall是基本不耗时的，但是在一些老显卡（20系）,一个culling掉的drawcall，也会有小耗时，如果材质多的话，这些culling掉的drawcall是个不小的消耗。

破面问题

引起破面的问题主要有下面几个因素，但是几个因素引起的表现不太一样，下面一个一个聊。

实例数

nanite在raster的时候会限制BVH node节点数量，可以通过r.Nanite.MaxNodes去调整，当实例数超过上限的时候，场景每帧会随机掉面。

cluster数

这里有两个类型cluster，一个是candicate cluster，一个是visiable cluster，分别通过r.Nanite.MaxCandidateClusters和r.Nanite.MaxVisibleClusters，当场景cluster数量足的时候，场景会随机掉失cluster，整个画面在闪烁。

对于实例数和cluster数的统计，可以通过nanitestats去看到当前的数据，可能数据非常接近上限的时候，就要调整，这里要注意一点，当使用VSM的时候，如果在VSM的view这些数量也超过了，会导致深度生成每帧都不一样，阴影会错乱.

nanite流送池显存不足

nanite是通过每帧的feedback去让CPU发起流送的，当流送池显存不够的时候，就是流送低的cluster tree，这个时候整个场景的面数非常低，而且会破面。

cluster id上限

这个没找到原因，当上述所有条件都足够的情况下，仍然会出现随机破面，画面闪烁的问题。当场景存在大量的nanite，而且每个nanite实例都是分离的，最后退化一个cluster的时候，这个cluster仍然很多，这个时候，也会随机破面，目前怀疑是跟 cluster id上限的问题。主要出现在植被非常多的时候。

Lumen

UE5默认lumen是把效果，质量都是拉满的，如果默认使用lumen的参数，性能很炸。对于lumen，反而bug比较少，主要问题是在集中在性能问题。lumen对场景的效果的提升确实有的，但是很多时候，质量拉满和质量很低的情况下，画面其实看不出有多少区别，所以，在我看来,lumen要用，但不须要很高的质量，基本于这个观点出现，lumen就有很多地方可以优化，如果当某个地方须要很高lumen质量的时候，可以在拉一个新的post process volume，提高lumen的质量。lumen整体分成三个部分，lighting,probe gather,反射，下面集中围绕这三个聊一下优能优化的点。另外，想了解lumen的实现，可以参考丛越大佬的文章，写得非常详细。

Lighting速度

lumen首先通地在lumen的direct ligting，再加上radiosity的得到每一个patch的lighting，最终combine lighting成indirect lighting.在接下的阶段final gather中，放入probe去trace，得到final lighting.这里有两个参数比较影响性能。

  • direct lighting速度 可以通过修改r.LumenScene.DirectLighting.UpdateFactor参数和LumenSceneLightingUpdateSpeed两个参数控制更新速度，前者是分母，后者是分子，这两个参数共同决定了当前帧分配更新图集大小。此图集通过PriorityHistogram中收集优先级的surface cache的tile放入到更新图集，从而达到分帧更新。

  • final gather速度 总体流程跟上面类似，通过r.Lumen.ScreenProbeGather.RadianceCache.NumProbesToTraceBudget和LumenFinalGatherLightingUpdateSpeed参数总同决定了final gather阶段最大的trace probe数量，在SelectMaxPriorityBucketCS中选择优化级大的，而且小于上述两个参数共同决定的最大上限probe数去trace.

追踪距离

可以通过r.Lumen.TraceDistanceScale和LumenMaxTraceDistance去决定在lumen下距离场的最大追踪距离。这两个参数是影响整个lumen须要距离场cone trace追踪的所有pass,包括final gather的radian cache trace,radiosity的trace,reflect的trace,减少追踪距离，可以优化性能，但是会带来一些不想要的后果，比如反射不到，lumen scene阴影漏光（导致场景有些地方会有从亮到暗的过程），泄露天光等。这里可以在不同区域拉不同的pp盒子，在一些野外，把追踪距离设置小一点提高性能，在一些封闭的地方或者须要反射的地方，可以把追踪距离设置大点。

离屏阴影

lumen scene的lighting不仅要算colour，也要计算阴影，它不仅是当前屏幕的，是包括整个surface cache的，对于离屏阴影，UE默认使用mesh object sdf去追踪，如果场景存在大量物体，每个物体都有mesh sdf，这样子每个surface cache tile对应的可能对交的mesh sdf非常多，每个一像素对各个mesh sdf追踪是个很大的性能问题，而且对于离屏的阴影，大部分是不须要mesh sdf去追踪，野外大场景，如果一个mesh太小，就算lumen scene 露光也看不出来，对于室内，存在小的sdf漏光找美术去调整就好。

能过r.LumenScene.DirectLighting.OffscreenShadowing.TraceMeshSDFs设置为0，关闭离屏的mesh sdf trace,使用global sdf去trace.

Mesh SDF

mesh sdf是lumen的核心，就我看来，目前lumen的消耗有80%来源于mesh sdf，用到mesh sdf的地方非常多。可以通过LumenSceneDetail和r.Lumen.DiffuseIndirect.MeshSDF.RadiusThreshold共同控制，让物体包围球的半径大于上述两个决定的数值的时候，才参与mesh sdf的软追踪。这个优化非常大，特别场景存在大量的小物体的时候，比如植被，这些小物体对于lumen scene的贡献非常低，当然，除了反射。为了解决反射这种情况，我们并没有使用上面的参数控制小物体距离场生效与否，我们直接把小物体的距离场全都默认关闭，这样子，对于须要反射的地方，小物体手动开启距离场。

另外，调整LumenSceneDetail不仅会影响mesh sdf的culling，也会导致mesh card的丢失，这个参数会引够mesh card小于某个分辨率的时候也会culling掉，在surceface cache视图可以看到很多黄色图块（黄色的代表culling掉，紫色代表没有surface cache），这会引起光照的异常（黑影）。

TraceProbe数量

在final gather阶段是非常耗时的，最直观的影响因素就是trace射线的数量，它是由八面体probe的密度，每个probe trace的射线数量共同决定。probe的密度通过r.Lumen.ScreenProbeGather.DownsampleFactor和LumenFinalGatherQuality共同决定，八面体，每个面的trace线射数量由r.Lumen.ScreenProbeGather.TracingOctahedronResolution和LumenFinalGatherQuality共同决定。这个参数数值，可以在不同的情况调整不同的数值，在野外调到最低，在室内或者封闭的地方相应调高。

反射分辨率

这个非常影响性能，这个目前没找到优化方案，最快的解决方式是降低反射buffer的分辨率，须要高精度的反射，比如达到镜面反射的情况，把pp盒的lumen反射质量调高，其它情况默认调到中档质量，低质量是没有反射。

lumen默认管方都是质量拉满的，可以调优的地方非常多，另外,lumen非常吃显存，对于显存部分的，有机会在显存篇幅里介绍。

异步Lumen

lumen在5.1后支持了异步lumen，这个是依赖GPU Async Compute,这个开启后在我们项目Lumen能节省1~2ms的消耗。

  • 异步Light Probe Gather 首先要支持GSupportsEfficientAsyncCompute,AMD默认支持，N卡默认关闭，可以通过命名行ForceAsyncCompute强制打开。

另外，通过r.LumenScene.DirectLighting.ReuseShadowMaps关闭lumen scene下的复用阴影的shadow map,使用距离场阴影代替，注意，这会导致动态骨骼在lumen scene没有阴影，而且距离场阴影是很难跟shadowmap的阴影一致的，这会导致两种方式下final lighting会不一样。r.Lumen.DiffuseIndirect.AsyncCompute打开支持异步light probe gather,通过以上三个,异步Light Probe Gather就支持了。

  • 异步Reflect 在r.LumenScene.DirectLighting.ReuseShadowMaps关闭下，异步反射可以通过r.Lumen.Reflections.AsyncCompute打开了。

  • 异步Lighting 可以通过r.LumenScene.Lighting.AsyncCompute打开异步lighting.

通过上面三个把异步lumen全部打开的情况下，在已经经过极致优化的lumen下，还可以优化到1到2MS，把lumen在GPU的耗时压得很低，而且不失效果。

植被问题

植被有两个方向可以走，nanite与普通植被，各有利弊。

nanite植被

当植被开启nanite后，性能可以提高一倍以上，就算面数非常高，不可视的面都在nanite culling介段剔除掉。nanite植被有两个问题非常影响性能,wpo和mask，wpo前面nanite有提到，可以超过一定的距离禁用。对于mask材质，建议走实体模型。另外，当植被数量到达一定程度，nanite cluster会随机丢失造成画面闪烁。

普通植被

普通植被最快，最有效的优化方式是做好LOD，减少culling distance.除此之外，还有两个因素对性能也有一定的影响。

  • foliage actor的范围 foliage actor的默认tile的大小是256，如果一个tile下有大量的植被，而且植被密度非常浓密的时候，这里不仅会引起分区流送引起cluster tree构建的卡顿，也会导致gpu下prepass和basspass消耗过高，因为默认的剔除盒子太大，导致prepass和basspass存在大量的vs的overdraw.

  • cluster tree遮挡剔除盒子大小 cluste tree的剔除盒大小，决定了这一块instance是否绘制，过大的盒子，会引起prepass和basspass的vs阶段的overdraw，过小的盒子，导致存在大量的遮挡剔除查询导致render线程耗时过高，而且也会产生过多的drawcall。引擎对于cluster tree的控制参数都是全局的，有一些component适用，也一些则不合适。过密的component须要提高盒子的粒度，过于稀疏而且面数不高的，可以减少盒子数。因为，如果植被特别影响性能的时候，可以修改引擎支持让这些参数跟着component走。引起cluster tree盒子的因素有点多，这里主要聊三个。

  • foliage.MaxOcclusionQueriesPerComponent 控制每个component的最多盒子数

  • foliage.MinOcclusionQueriesPerComponent 控制每个component的最少盒子数

  • foliage.MinInstancesPerOcclusionQuery 控制每个盒子最小包含的实例数

如果这个盒子粒度控制好，在植被比较多的情况下，可以在prepass和basspass省下2MS的预算。

SingleLayerWater

如果水材质的效果不是用面表达的，是用法线贴图去做的话，可以把材质的mesh换成一个quad,高面的plane,在singlelayerwater里非常耗时。

直接光照

cluster deffer lighting

推荐知乎大佬（张亚坤：多光源渲染的版本答案：Cluster Shading）的文章，对于cluster deferred lighting有个介绍，先简单说一下cluster deferred流程。在gather light介段，把视锥体切豆腐，在cs中把光源注入到格子中，然后在cluster deferring shading的发起一个quad的drawcall,每个像素找到对应的grid,从grid中找到对应的light,叠加shading.cluster shading性能肯定是非常好的，优化地方不多，只与采样的buffer大小有关。

UE5默认是关闭cluster deffered shading的，可以通过r.UseClusteredDeferredShading打开。

引起不能cluster shading的原因有很多，如产生阴影，有light function,使用light channel,平行光，rect光等。在非cluster shading与unbatch light之间，还有一些light，主要是非shadow,非light function的,主要是rect等,每一个发起一个drawcall,这里消耗不低，能减少就减少一下，把生效距离设置短一点。

unbatch light

对于unbatch light，主要是lumen scene light和正常的直接光照light,这里就不说了，光照lighting,shadow mask生成，有距离场阴影的也在这里追踪，建议就是交由逻辑层管理，根据不同策略动态开关。