平衡Projekt Z的视觉保真度和性能：《Beyond Order》

《Projekt Z:《Beyond Order》是314 Arts的第一款大型商业产品；游戏是一款四人合作僵尸动作射击游戏，将电影叙事与紧张、以团队为中心的游戏玩法相结合。

该团队着手制作一款视觉效果强、光照和环境氛围宜人的多平台游戏。虽然他们从未偏离目标，但在漫长的开发过程中遇到了性能挑战。以下是他们克服困难的方法。

Projekt Z：超越订单：Unity 案例分析

工作室如何在保持跨平台性能的同时提高视觉保真度？

当314 Arts推出《Projekt Z:除了向多个平台发布 Order 以外,他们的动机还不仅仅是扩大市场范围,还旨在解决技术挑战。

314 Arts的联合创始人兼游戏/关卡设计师Justin Miersch说：“游戏主机的资源有限，因此在保持性能不变的情况下实现视觉和游戏玩法目标非常复杂，但这也是让人感到兴奋的原因。”“你一直在优化，不断挤占硬件的每一点力量。看着游戏离我们的目标越来越近，我们感到非常满足。”

从一开始，该团队就知道他们的雄心壮志会突破硬件极限。Miersch 补充道：“性能是我们面临的最大挑战。“我们还想展示Unity在充分发挥潜力时的能力。”

结果

将 Steam Deck 上无法运行的性能提高到一致的 30 FPS

GTX 1060的帧权重从30FPS提高到55FPS

获得约2-3毫秒的GPU时间

利用高清渲染管线 (HDRP)

从一开始,314 Arts 就知道 Projekt Z:《Beyond Order》需要强大的渲染技术来实现黑暗的电影氛围。“HDRP对我们实现目标至关重要，”Miersch说。“我们需要的是具有尽可能高灵活性的高品质产品，这为我们提供了一个面向未来的解决方案，可用于光线追踪等新技术。”

HDRP 的早期采用使团队能够使用不断发展的功能，例如屏幕空间全局光照 (SSGI)、深度学习超采样 (DLSS)、FidelityFX 超分辨率 (FSR) 和可扩展时间后处理 (STP)，从而提高了视觉质量和低端硬件的可达性。但是，性能分析显示阴影是主要的性能瓶颈。为了在不牺牲质量的情况下解决这个问题,团队开发了一款自定义工具 – HDRP Shadow Manager (HSM ) 。

HSM 动态控制引擎渲染阴影的时间和方式。它可以在远处禁用它们，缓存静态阴影，并仅在需要时进行实时渲染。此外，它还考虑了阴影大小、光源类型和距离，以保持平滑的性能，并通过手动调整选项来避免突然出现。Miersch 说：“得益于 HDRP 的灵活性，HSM 真正展示了 HDRP 的强大功能。“接下来，我们计划使用伪光照和阴影贴花消除远处的头顶光照。”

联合创始人兼程序员Maximilian Kube解释说，许多渲染问题源于团队的广告创意素材野心。“这不是引擎的问题，而是在视觉保真度方面做出明智的选择。通过优化体积、阴影和纹理，我们获得了显著收益。我们减少了体积雾预算，将阴影分辨率降低到 512 或 1K，并选择性地缩放纹理大小。”

构建可破坏的关卡

该团队在关卡设计中添加 Gore 来强化环境。他们使用时间轴来创建和编辑动画和电影效果。“这对我们来说是一个关键的系统。对我来说，最有趣的是，我们使用的不仅仅是电影。”Miersch 说。“它在我们典型的关卡设计工作流程中非常有用。”

由于他们构建了基于节点的任务系统，关卡设计师在 Timeline 中创建动画，并将其连接到他们的节点编辑器以执行任务。这使他们能够快速测试想法。

“在获得批准后，我们在 Timeline 中更新了模型，并为其添加了一些 VFX 和 SFX。这确实加快了任务迭代的速度。”Miersch 说。

随着游戏开发的继续，他们努力在视觉反馈的直观性和最佳性能之间达到平衡。“Gore 是我们这种僵尸游戏的必备工具，但权重是重中之重。我们希望玩家感受到每次攻击的影响 - 肢体飞走、喷血、可见的伤口 - 而不破坏 FPS 效果。”Kube 解释道。

他们建立了一个高效的僵尸伤害系统，可同时处理屏幕上的几十个僵尸，而不会结巴。Kube 继续说道：“目标是让每次遭遇都感觉残酷和电影化，但从引擎的角度来看，这在技术上是无缝的。”

作为工作流的一部分，僵尸现在会在所有伤害状态中共享一种材质，并且不管它如何被肢解，它仍然是一个单一的蒙皮网格。它们通过一个对象池共享血和其他效果，以尽可能避免代价高昂的Instructate和Destroy操作。

提高GPU性能

随着性能挑战的增加，该团队请到了 Unity 集成成功团队来寻求解决方案。在获得高级支持后，他们在 24 小时内解决了大多数关键问题。

团队真正的突破来自于项目审查。Miersch 说：“让 Unity 工程师深入研究我们的项目数天具有颠覆性的意义。

NVIDIA RTX 3090 上的 GPU 捕获图显示，即使以 1080p 的速度运行，游戏也超出了帧预算。SSGI 和延迟光照等通道缩放良好，但 GBuffer、阴影贴图、深度预通道和运动矢量需要优化。

“仅 GBuffer 通道就占用了我们 20% 以上的 GPU 时间。PIX分析表明，不正确的GPU设置导致早期Z的禁用会导致一些代价高昂的绘制调用。Early-Z通过在像素着色器之前执行深度测试来跳过对被遮挡像素的像素着色。”Kube 解释道。“一旦我们修复了禁用 Early-Z 优化的着色器配置，我们每帧可获得约 2 到 3 毫秒。”

阴影渲染是第二大开销，尤其是点光源阴影。“我们每一帧都有太多的点光源需要更新，有些点光源的衰减距离会长达10000米，”Miersch说。“通过尽可能切换到聚光灯、缩短淡入淡出距离以及设置阴影以更新广告需求/广告主，我们在不影响视觉效果的情况下大幅减少了 GPU 使用量。”

深度预传递优化也很重要。开发者使用了全深度预传递选项，将所有网格渲染到深度缓冲区中。默认情况下，HDRP 将通道限制为复杂的材质，例如 Alpha 剪裁或次表面散射对象，以减少 GPU 工作量。

Kube 说：“我们在有或没有全深度预传递的情况下对性能进行了基准测试，还优化了 LOD 级别，简化了几何体，并禁用了远处对象的贴花或次表面散射，所有这些都有助于在不牺牲视觉质量的情况下减少过度绘制。”

运动矢量增强进一步减轻了GPU负载。Miersch解释说：“引擎在运动矢量通道中渲染了许多不必要的静态对象。“通过将非动画对象设置为 Camera Motion Only 或 Force No Motion，并剔除远处的对象，我们可以在不影响视觉保真度的情况下大幅缩短 GPU 时间。”

执行这些建议后，性能得到了显著改善。现在，游戏在 Steam Deck 上以稳定的 30 FPS 运行，在 GTX 1060 上，帧率从 30 FPS 跃升至 55 FPS。

“集成成功团队不仅帮助我们修复了性能，他们还教会我们如何更好地理解引擎，”Miersch说。“直接接触 Unity 工程师并获得可付诸行动的见解至关重要。”

优化 CPU 性能

在GPU性能瓶颈得到控制后，注意力转移到了CPU管线上。在GeForce RTX 3090上，游戏以4K的GPU帧率进行绑定，而在1080p的帧率下，主线程会将大约28毫秒帧时间的一半用于渲染。“性能分析显示，HDRP 的 Render Graph 和可编程渲染上下文造成了大多数 CPU 开销。”Miersch 说，

Render Graph 准备光照数据、记录和编译渲染通道并按顺序执行，而可编程渲染上下文则根据剔除结果处理绘制命令。性能取决于场景光照、渲染通道和每通道绘制调用批处理。

为了进行优化，该团队评估了 HDRP 的设置，使动态渲染通道剔除能够跳过不必要的通道，并测试低分辨率透明化、距离剔除和分层剔除距离等选项。“通过剔除靠近摄像机的小对象，我们减少了绘制调用、阴影投射和过度绘制。这有助于提升 CPU 和 GPU 性能。”Miersch 解释道。

团队升级到 Unity 6 后，CPU 性能也得到了提升。他们使用了 GPU Resident Drawer (GRD) 功能来利用 BatchRendererGroup API 减少绘制调用、减少每帧上传的数据并降低主线程阻塞。Miersch解释说：“在启用GRD后，主线程和渲染线程都有了一定的提升，

他们还使用Small-Mesh Screen-Percentage（小网格屏幕百分比）设置自动剔除小网格，减少了对象过小的绘制调用，从而对帧产生有意义的影响。

“HDRP 在其实现过程中广泛使用 Render Graph 系统，这可能导致一些 CPU 开销。Unity 6 采用了 Render Graph 缓存，可以重复使用以前的帧编译结果。”Kube 说。“引擎不再需要在每一帧重新编译渲染图，从而大大降低了我们的成本。”

通过这些组合优化，314 Arts 团队在多个平台上实现了其雄心勃勃的广告创意素材 Vision，同时获得了巨大的性能提升。

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