UnityでIntelプラットフォーム用に作成されたAndroidゲームの最適化：ケーススタディ

Unityは、モバイルプラットフォーム（AndroidおよびiOS）で最も人気のあるゲームエンジンの1つです。 多くの開発者はこれを使用してゲームを作成およびリリースします。 UnityがIntelプラットフォーム上に構築されたAndroidデバイスをサポートする前に、ゲームを低レベルのARMコードをx86コードに置き換えるエミュレーターで実行する必要がありました。 その結果、元々x86プラットフォーム用に設計されていない一部のゲームは、エミュレーターで起動しなかったり、パフォーマンスに問題があったりしました。 今日、モバイル環境でのIntelプロセッサの存在感の高まりにより、多くの開発者がx86ベースのAndroidデバイスのサポートに関心を持っています。 開発者は、このような機器向けにゲームを最適化する方法を知りたいと考えています。



この記事では、x86プラットフォーム向けに設計されたAndroidアプリケーションを開発することでどのようなパフォーマンスを達成できるかを示し、Hero Sky：Epic Guild Warsの例を使用してゲームを最適化するヒントを共有します。









ゲームヒーロースカイ：エピックギルドウォーズ



Hero Sky：Epic Guild Warsの開発者であるInnosparkは、さまざまな商用ゲームエンジンを使用してモバイルゲームを作成した豊富な経験を持っています。 さらに、Innosparkには独自のエンジンがあります。 Hero Sky：Epic Guild Warsは、Unityを使用して開発され、世界市場にリリースされた同社初のゲームです。 Google Playでの公開後、ダウンロード数の増加に伴い、同社はユーザーの苦情に遭遇し始めました。 Intelプラットフォームをベースにした一部のAndroidデバイスでは、ゲームは単に機能しませんでしたが、他のデバイスでは、そのパフォーマンスが望まれていませんでした。 その結果、同社はゲームをx86プラットフォームに移植して最適化することにしました。 ここでは、 Intel Graphics Performance Analyzers （Intel GPA）を使用したアプリのプロファイリング結果を使用して、Hero Sky：Epic Guild Warsを最適化した方法について説明します。 特に、オブジェクトの出力順序とアルファミキシングのパフォーマンスへの影響について説明しましょう。

予備情報

Hero Sky：Epic Guild Warsは、オンラインの軍事3D戦略ゲームです。 Innosparkは、Intel Atom（Bay Trail）ベースのシステムを使用してゲームを開発および最適化しました。 以下は、テストで使用したリファレンスデバイスの機能です。 システムの仕様と3DMarkのテスト結果は次のとおりです。

インジケータ	特徴
CPU	Intel Atomプロセッサー、Quad Core 1.46 Ghz
OS	Android 4.4.4
RAM	2 GB
画面解像度	1920x1200
3DMarkICE Storm Unlimitedテスト結果	10386
グラフィックス	9274
物理学	17899

以下は、デバイス上のネイティブコードとエミュレートされたコードのパフォーマンスを比較したグラフです。









x86サポートで達成できるパフォーマンスの向上



テスト結果を評価するとき、たとえばインテル製マイクロプロセッサーのみに最適化できることを覚えておく価値があります。 SYSMarkやMobileMarkなどのパフォーマンステストは、特定のハードウェアコンポーネントとソフトウェアがインストールされている特定のシステムで実行されます。 彼らのコースでは、特定のアクションセットが実行されます。 変更はテスト結果に影響を与える可能性があります。 これは、デバイスのソフトウェアコンポーネントとハードウェアコンポーネント、およびテストアプリケーション自体とテストスイートに関係します。 したがって、たとえばデバイスの購入など、テストに基づいて決定を下す場合は、他の機器との連携に関心のある機器によってどのような結果が表示されるかなど、可能な限り多くの情報源を見つけてください。 パフォーマンスの詳細については、 こちらをご覧ください 。



ゲームがx86アーキテクチャに移植された後、プロセッサの負荷は約7.1％減少し、FPSは27.8％増加し、実行時間は約32.6％減少しました。 ただし、ビデオコアの負荷は、フレームレートの増加により26.7％増加しました。



InnosparkはIntel GPAを使用して、開発中のCPUおよびGPUパフォーマンスのボトルネックを見つけました。 グラフィックスの問題を解決し、ゲームのパフォーマンスを向上させるために、アプリケーション分析データが使用されました。



最適化の開始時に、ベース値として採用された51.09 FPSの値は、Intel GPA System Analyzerを使用して取得されました。 GPU側でのみFPSを測定するグラフィックフレームアナライザーは、120.9 FPSの値を生成しました。 これらの値が異なる理由は、System AnalyzerがCPUとGPUの両方を含むプロセスの動作をリアルタイムで監視するためです。 グラフィックフレームアナライザーは、ビデオコアの動作と、ドライバーとGPUへのデータ送信に関連するプロセッサーアクティビティのみを監視します。

グラフィックフレームアナライザーを使用した詳細なアプリケーション分析

アプリケーションのオリジナルバージョンのスクリーンショット



ゲームコードをx86プラットフォームに転送した直後に、59.01 FPSが示されました。 ビデオコア（GPUビジー）およびプロセッサ（CPU負荷）の負荷を軽減するために、グラフィックフレームアナライザーを使用してゲームを詳細に分析しました。 この表は、グラフィックスフレームアナライザーを使用して取得した情報を示しています。

インジケータ	価値
プリミティブの総数	4376
GPUアップタイム	8.58ミリ秒
フレームの表示に必要な時間	9.35ミリ秒

これは、ゲームの元の最適化されていないバージョンによって作成されたシステムの負荷です。 以下は、ほとんどのシステムリソースを必要とする呼び出しの描画に関する情報です。

種類	エルグ番号	GPUの継続時間	メモリ、GPUからの読み取り	メモリへの書き込み、GPU
空	1	1.43ミリ秒	0.2 Mb	7.6 Mb
地球	5	1.89ミリ秒	9.4 Mb	8.2 Mb

システムの負荷を減らすことを目的とした分析と最適化

不要なアルファブレンディングを排除

アルファブレンディングを使用してオブジェクトを表示する場合、プログラムは、最終的な色が何であるかを把握するために、すべての重なり合うオブジェクトの色値と背景をリアルタイムで組み合わせる必要があります。 したがって、アルファブレンディングの結果として得られる色の出力は、不透明色を表示するよりもプロセッサに大きな負担をかける可能性があります。 これらの余分な計算は、低速のデバイスでパフォーマンスを低下させる可能性があります。 したがって、不必要なアルファミキシングを取り除くことが決定されました。



Graphic Frame Analyzerは、描画コマンド呼び出しをカスタマイズできます。 これにより、開発者はコードを変更することなく、プログラムをテストし、変更によるパフォーマンスの変化を見つけることができます。 この関数は、状態グループにあるブレンド状態タブにあります。









以下は、アプリケーションのソースコードを変更せずに、グラフィックフレームアナライザーでアルファブレンディングをオンまたはオフにする方法です。



この表は、アルファブレンディングをオフにした後の草の描画に関する詳細を示しています。 その結果、GPUの継続時間は26.0％減少しました。 さらに、メモリからの読み取り率が97.2％減少したことに注意してください。

インジケータ	基本バージョン	不要なアルファブレンディングを無効にする（グラウンド）
GPUサイクル	1466843	1085794.5
GPUの継続時間	1896.6μs	1398.4μs
メモリ、GPUからの読み取り	9.4 Mb	0.2 Mb
メモリへの書き込み、GPU	8.2 Mb	8.2 Mb

Zクリッピングの効果的な適用

3Dビデオカードがオブジェクトを表示するとき、3次元空間（x、y、z）からの体積図形は2次元空間に変換されます（それらの位置はxおよびy座標によって決定されます）。 この場合、Zバッファーまたは深度バッファーは、各画面ピクセルの深度（z座標について）に関する情報を格納するために使用されます。 2つのシーンオブジェクトを同じピクセルに表示する必要がある場合、GPUは深度情報を比較し、新しいオブジェクトが観察者に近い場合、現在のピクセルの色を新しいピクセルと重ね合わせます。 Zクリッピングのプロセスは、空間の深さの通常の認識を忠実に再現し、最初にオブジェクトを近づけます。 さらに遠くにあるオブジェクトを隠します。 Zクリッピングにより、非表示のサーフェスを非表示にするときのパフォーマンスが向上します。



ゲームには2種類の環境出力があります。空（erg No. 1）と草（erg No. 5）です。 空の大部分は草の後ろにあるため、ゲーム中に空の重要な領域が表示されることはありません。 ただし、空が最初に表示されるため、Zクリッピングを効果的に使用できません。









空（erg No. 1）と草（erg No. 5）を描くための課題



オブジェクトの出力順序を変更した後のGPUの持続方法を次に示します。









グラフィックフレームアナライザーでのオブジェクトの出力順序を変更する前後のシステムの負荷の比較。



表には、オブジェクトの表示順序を変更した後の空の描画に関する詳細が示されています。 特に、GPUランタイムは88％減少しました。 メモリに記録されるデータ量は約98.9％減少していることに注意してください。

インジケータ	基本バージョン	描画順序を変更する（空）
GPUサイクル	1113276	133975
GPUの継続時間	1443μs	174.2μs
初期のZドロップ	0	2145344
記録されたサンプルの数	2165760	20416
メモリ、GPUからの読み取り	0.2 Mb	0,0 Mb
メモリへの書き込み、GPU	8.2 Mb	0.1 Mb

結果

この表は、不要なアルファミキシングを取り除き、オブジェクトの出力順序を変更した後、x86プラットフォーム向けにゲームを最適化した結果をより詳細に示しています。 GPUの継続時間は約25％減少し、メモリからの読み取りとメモリへの書き込みはそれぞれ42.6％と30.0％減少しました。 System Analyzerは、FPSが1.06だけ増加したことを示しました。 実際、Androidは垂直同期モードを使用しており、最大FPSは1秒あたり60フレームに制限されています。 ただし、Graphics Frame Analyzerを使用して計算した1秒あたりのフレームレートは29.7％増加しました。

インジケータ	基本的なx86バージョン	最適化されたバージョン
GPUサイクル	6654210	4965478
GPUの継続時間	8565.2μs	6386μs
初期のZドロップ	16592	3348450
記録されたサンプルの数	6053311	2813997
メモリ、GPUからの読み取り	20、9 Mb	12.0 Mb
メモリへの書き込み、GPU	28.6 Mb	20.0 Mb
System Analyzerで計算されたFPS	59.01	60.07
グラフィックフレームアナライザーで計算されたFPS	120.9	156.8

以下は、アプリケーションの基本バージョンと最適化バージョンの主な指標であり、グラフ形式で示されています。









最適化の前後の主要な指標

結論

Android x86向けにゲームの最適化を開始する場合、まずこのプラットフォームに移植してから、ボトルネックを見つける必要があります。 プロファイリングツールは、パフォーマンスを測定し、GPU関連のパフォーマンスの問題を見つけるのに役立ちます。 強力な分析ツールであるインテルGPAは、ソースコードを変更することなく、アプリケーションのグラフィックコンポーネントを試す機会を提供します。