Оптимізація рендерингу мобільної гри

Оптимізація рендеринга мобільної гри

На Samsung Galaxy A52 (Adreno 618) гра тримає 28–32 FPS при цільових 60. На Xiaomi Redmi Note 11 з Helio G96 та Mali-G57 — стабільні 55–60 FPS. Різна продуктивність на подібних за ціною пристроях — типова ситуація для мобільного геймдева. Причина: оптимізація проводилася на флагмані, а mid-range GPU з іншою архітектурою дає зовсім інший результат.

Діагностика: що тормозить

CPU-bound vs GPU-bound

Перш ніж оптимізувати — зрозуміти, який є bottleneck. У Unity: Frame Debugger + Profiler. Включуємо Profile GPU в Android Player Settings та дивимось Profiler → GPU. Якщо GPU-час на кадр близько до 16ms (60 FPS), а CPU-час значно менше — GPU-bound. Якщо навпаки — CPU-bound.

На Unreal Engine: stat GPU в консолі, ProfileGPU команда, RenderDoc для захоплення кадра. r.ScreenPercentage 50 — швидкий тест: якщо FPS різко виріс при зниженні розрішення вдвоє — точно GPU-bound.

// Unreal консольні команди для діагностики
stat unit       // загальний breakdown CPU/GPU/frame time
stat drawcalls  // кількість draw calls цього кадра
r.ShowFlag.Rendering 1 // деталізовані rendering stats

Draw calls

На мобільних GPU draw call overhead вище ніж на консолях/PC. 500+ draw calls у кадрі — червона зона для mid-range Android. Кожен унікальний матеріал = окремий draw call. Кожний MeshRenderer з унікальним матеріалом = ще один.

Static batching (Unity): об'єкти з однаковим матеріалом об'єднуються в один mesh. Вимога — однаковий Material asset (не просто однакові настройки). Mark as Static в Inspector. Працює автоматично при сборці.

GPU Instancing: для повторюючихся об'єктів (трава, дерева, враги одного типу):

// Матеріал повинен підтримувати instancing
material.enableInstancing = true;

// Рисуємо 1000 екземплярів одним draw call
Graphics.DrawMeshInstanced(mesh, 0, material, matrices, 1000);

SRP Batcher (Unity URP/HDRP): автоматично батчит об'єкти з різними матеріалами але однаковим шейдером. Включається в URP Asset → SRP Batcher = enabled. Найпростіший спосіб скоротити draw calls без ручного batching.

Шейдери для мобільних GPU

Tile-Based Rendering (TBIMR)

Мобільні GPU (Adreno, Mali, PowerVR, Apple) використовують Tile-Based Immediate Mode Rendering. Екран ділиться на тайли, кожен рендериться цілком у швидкій on-chip пам'яті. Це означає:

• Framebuffer fetch — читання з поточного framebuffer всередині тайла — практично безплатно. Використовуємо для deferred lighting: gl_LastFragData у GLSL (розширення EXT_shader_framebuffer_fetch).
• Depth pre-pass на мобілі — часто зайвий overhead, TBIMR й так ефективно працює з depth test всередині тайла.
• Discard у фрагментному шейдері (alpha-test, clip) — на tile-based GPU вбиває ранній depth test для цілого тайла. Замінюємо alpha-blend або alpha-to-coverage там де можливо.

Precision qualifiers у GLSL/Metal

// ПОВІЛЬНО — highp скрізь за замовчуванням
uniform highp mat4 ModelMatrix;
varying highp vec2 TexCoord;

// ШВИДКО — мінімально необхідна точність
uniform highp mat4 ModelMatrix;    // матриці — highp обов'язково
varying mediump vec2 TexCoord;     // UV-координати — mediump достатньо
varying lowp vec4 VertexColor;     // колір — lowp

На Mali GPU переход з highp на mediump для texture samplers — від 10 до 25% прирост продуктивності фрагментного шейдера.

ALU vs Texture Fetch

На більшості мобільних GPU texture fetch дешевше ніж важкі ALU-вычисління (sin, pow, sqrt). Попередньо запечені lookup таблиці в текстурі швидше ніж вычисління в шейдері:

// Повільно: вичисляємо fresnel у шейдері
float fresnel = pow(1.0 - dot(viewDir, normal), 5.0);

// Швидко: lookup texture
float fresnel = texture2D(fresnelLUT, vec2(dot(viewDir, normal), roughness)).r;

Розрішення та Dynamic Resolution Scaling

Рендерити у нативному розрішенні iPhone 15 Pro (2556×1179) — надмірно для мобільної гри з інтенсивним рендерингом. Стандартна практика — render scale 0.7–0.85 від нативного з наступним upscale.

Unity URP Dynamic Resolution:

ScalableBufferManager.ResizeBuffers(0.75f, 0.75f); // 75% від нативного

Unreal Mobile Super Resolution (MSR) — вбудований temporal upscaler для мобільних платформ з Unreal 5.1+. r.Mobile.TemporalAA 1. Дає якість близьку до нативної при значно меншій GPU-навантаженню.

Adaptive Performance (Samsung Game SDK + Unity): автоматично знижує навантаження при перегріванні:

using UnityEngine.AdaptivePerformance;
var ap = Holder.Instance;
ap.ThermalStatus.ThermalMetrics // поточна температура
ap.PerformanceStatus.PerformanceMetrics // bottleneck інформація

Кейс: 40 → 58 FPS на Adreno 618

Runner-гра: на Galaxy A52 — 40 FPS. Профілювання через AGI показало: Fragment ALU 87%, fragment bandwidth — перегружен. Три зміни:

1. Шейдер води: заменили pow(fresnel, 5.0) на LUT-текстуру → -8ms GPU
2. highp → mediump для всіх texture samplers → -4ms GPU
3. Dynamic resolution 0.80 замість нативного → -6ms GPU

Результат: з 40 до 58 FPS без зміни візуального стилю. На Pro-пристроях — без змін, вони тримали 60 FPS з запасом.

Терміни

Профілювання та аналіз рендеринга — 2–3 дні. Оптимізація шейдерів, batching, dynamic resolution — 1–3 тижні залежно від стану проекту.