【厚積薄發(fā)】為什么Android游戲畫面在30幀運(yùn)行時(shí)有抖動(dòng)現(xiàn)象

這是第450篇UWA技術(shù)知識(shí)分享的推送，精選了UWA社區(qū)、UWA AI問答的熱門話題等技術(shù)知識(shí)點(diǎn)，助力大家更全面地掌握和學(xué)習(xí)。

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本期目錄：

• 為什么Android游戲畫面在30幀運(yùn)行時(shí)有抖動(dòng)現(xiàn)象
  

• 團(tuán)結(jié)引擎VS Skinning開啟ENABLE_VS_SKINNING_MORE_BONES后，性能反而下降

From UWA AI 問答

Q1：Android平臺(tái)下，游戲以30幀運(yùn)行時(shí)，即便整體性能穩(wěn)定，仍普遍存在畫面抖動(dòng)現(xiàn)象，想探討一下這可能是由于什么原因造成的？

A：畫面抖動(dòng)（Jitter）是Android平臺(tái)30幀游戲中常見但易被忽視的問題，即便整體FPS穩(wěn)定，仍可能因以下原因?qū)е乱曈X上的不流暢或抖動(dòng)感：

1. 幀生成時(shí)間不均勻（Frame Pacing問題）

這是最核心的原因。即使平均幀率為30FPS，若幀的生成間隔不均勻（如一幀耗時(shí)28ms，下一幀耗時(shí)38ms），會(huì)導(dǎo)致視覺上出現(xiàn)“微卡頓”或“抖動(dòng)”。Android設(shè)備尤其在高刷新率屏幕（如90Hz、120Hz）下，若未正確配置幀同步策略，GPU與顯示子系統(tǒng)之間的幀提交節(jié)奏失配，極易引發(fā)此問題。

解決方案：

• 確保關(guān)閉Optimized Frame Pacing（部分模擬器和低端設(shè)備存在兼容性問題，實(shí)測(cè)可緩解抖動(dòng)）。

• 使用Choreographer回調(diào)來對(duì)齊VSync信號(hào)，確保幀更新時(shí)機(jī)精準(zhǔn)。

• 在Unity中，避免僅依賴Application.targetFrameRate=30，因其在動(dòng)態(tài)刷新率設(shè)備上可能導(dǎo)致幀率倍數(shù)下降（如從30→15）。

可結(jié)合定時(shí)重設(shè)幀率策略：

IEnumerator SetFrameRatePeriodically()
{
    while (true)
    {
        yield return new WaitForSeconds(10);
        Application.targetFrameRate = 31;
        yield return new WaitForSeconds(0.1f);
        Application.targetFrameRate = 30;
    }
}

2. GPU與CPU工作負(fù)載波動(dòng)引起幀時(shí)間波動(dòng)

即使平均性能達(dá)標(biāo)，若每幀CPU或GPU耗時(shí)波動(dòng)大（如某些幀CPU耗時(shí)接近33ms，其他幀僅15ms），會(huì)造成幀間隔不一致，表現(xiàn)為抖動(dòng)。

排查建議：

• 使用UWA GOT Online的CPU每幀耗時(shí)曲線、>40ms幀數(shù)占比指標(biāo)，分析是否存在高波動(dòng)性。

• 檢查是否存在偶發(fā)性任務(wù)（如GC、資源加載、邏輯計(jì)算集中爆發(fā)），導(dǎo)致單幀驟增。

3. 渲染管線與垂直同步機(jī)制沖突

Android設(shè)備廠商常自定義顯示策略，部分機(jī)型在非原生刷新率（如60Hz設(shè)備跑30Hz）時(shí)，系統(tǒng)VSync調(diào)度可能出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致幀呈現(xiàn)時(shí)間錯(cuò)位。

優(yōu)化方向：

• 避免頻繁切換目標(biāo)幀率，保持幀率恒定。

• 在支持的設(shè)備上嘗試使用SurfaceFlinger相關(guān)調(diào)試工具觀察實(shí)際顯示幀時(shí)序。

• 若使用自定義渲染管線，檢查后處理、陰影等異步操作是否引入延遲。

4. 輸入與渲染不同步

觸摸輸入更新頻率（通常60Hz或更高）與30Hz渲染不同步，可能導(dǎo)致操作反饋延遲感疊加視覺抖動(dòng)。

改進(jìn)措施：

• 盡量將關(guān)鍵UI更新與渲染幀對(duì)齊。

• 對(duì)高頻輸入做插值或預(yù)測(cè)處理，提升交互平滑度。

綜上，畫面抖動(dòng)多源于幀間時(shí)間不一致性而非平均幀率不足。建議優(yōu)先通過UWA性能報(bào)告中的Jank均值、>40ms幀數(shù)占比及CPU每幀耗時(shí)曲線進(jìn)行量化分析，并針對(duì)性優(yōu)化幀生成節(jié)奏與負(fù)載均衡。

Q2：有什么解決方案？

A：針對(duì)Android平臺(tái)30幀下畫面抖動(dòng)問題，可采取以下系統(tǒng)性解決方案：

1. 精準(zhǔn)控制幀率同步（核心措施）

• 關(guān)閉Optimized Frame Pacing：該功能在部分設(shè)備（如MuMu模擬器）存在兼容性問題，易導(dǎo)致幀提交延遲。在Player Settings中禁用此選項(xiàng)可顯著改善抖動(dòng)。

• 使用Choreographer對(duì)齊VSync：通過Android原生API確保每幀更新與系統(tǒng)刷新信號(hào)同步，避免因調(diào)度偏差導(dǎo)致的幀間隔不均。

• 周期性重設(shè)目標(biāo)幀率：應(yīng)對(duì)動(dòng)態(tài)刷新率設(shè)備（如120Hz降為60Hz時(shí)30幀變15幀），可定時(shí)重置targetFrameRate以強(qiáng)制系統(tǒng)重新計(jì)算：

IEnumerator SetFrameRate()
{
    while (true)
    {
        yield return new WaitForSeconds(10);
        Application.targetFrameRate = 31;
        yield return new WaitForSeconds(0.1f);
        Application.targetFrameRate = 30;
    }
}

2. 優(yōu)化渲染負(fù)載與資源管理

• 降低GPU Skin等高負(fù)載特效密度：大量骨骼蒙皮或復(fù)雜Shader會(huì)加劇幀間波動(dòng)，建議在低端設(shè)備上動(dòng)態(tài)降級(jí)。

• 使用RenderTexture替代Varying插值寫回：避免Shader頻繁讀寫主存造成帶寬壓力，將所需參數(shù)繪制到GlobalTexture中復(fù)用。

• 調(diào)整Graphics Quality設(shè)置：關(guān)閉非必要的后處理效果（如動(dòng)態(tài)陰影、抗鋸齒），減少單幀渲染開銷。

3. 避免運(yùn)行時(shí)性能突變

• 防止GC集中觸發(fā)：減少堆內(nèi)存分配，避免匿名函數(shù)、裝箱操作；使用對(duì)象池管理高頻創(chuàng)建/銷毀對(duì)象。

• 異步加載資源：通過AssetBundle或Addressables分幀加載，避免單幀卡頓。

• 限制后臺(tái)下載并發(fā)數(shù)：若使用BackgroundDownload，應(yīng)采用任務(wù)隊(duì)列+線程池模式，控制同時(shí)下載數(shù)量（如≤5個(gè)），防止IO阻塞主線程。

4. 監(jiān)控與驗(yàn)證工具

• 使用UWA GOT Online報(bào)告分析CPU耗時(shí)曲線、>40ms幀占比和Jank指標(biāo)，定位幀時(shí)間波動(dòng)源頭。

• 啟用UWA本地資源檢測(cè)，排查冗余Shader變體或大紋理占用。

• 在真機(jī)環(huán)境中啟用Perfetto或Systrace，觀察SurfaceFlinger合成節(jié)奏是否穩(wěn)定。

綜上，解決抖動(dòng)需從幀生成節(jié)奏控制、負(fù)載均衡和系統(tǒng)兼容性適配三方面入手，優(yōu)先確保幀間隔一致性，再逐步優(yōu)化資源與邏輯開銷。

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From問答社區(qū)

Q：ENABLE_VS_SKINNING關(guān)鍵字最多支持單個(gè)SkinnedMeshRenderer 64根骨骼，所以需要使用ENABLE_VS_SKINNING_MORE_BONES。測(cè)試60個(gè)單位每個(gè)單位骨骼150+，開啟后，iPhone XR幀率只有5fps，未開啟時(shí)幀率20

fps，產(chǎn)生了負(fù)優(yōu)化，會(huì)是什么原因？

A： 使用UWA AI問答的功能嘗試解讀這個(gè)問題。

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問題分析：

1. 頂點(diǎn)著色器計(jì)算量激增

• 開啟ENABLE_VS_SKINNING_MORE_BONES后，Unity會(huì)切換到更復(fù)雜的頂點(diǎn)著色器路徑，以處理每頂點(diǎn)更多骨骼影響。

• 每個(gè)頂點(diǎn)的蒙皮計(jì)算為：輸出位置 = Σ(權(quán)重_i × 骨骼變換矩陣_i × 本地位置)。當(dāng)單個(gè)模型骨骼數(shù)達(dá)150+，即使每個(gè)頂點(diǎn)僅受4根骨骼影響，GPU仍需加載并計(jì)算大量骨骼矩陣。

• 這導(dǎo)致：

• • ALU指令數(shù)大幅上升，超出移動(dòng)端GPU執(zhí)行能力；

  • 顯存帶寬壓力劇增，頻繁讀取骨骼矩陣紋理或UBO；

  • 著色器編譯生成低效代碼，尤其在舊版Metal/OpenGL ES驅(qū)動(dòng)下。

2. 硬件性能瓶頸凸顯

• iPhone XR搭載A12芯片，其GPU性能有限，尤其對(duì)高ALU和帶寬需求場(chǎng)景敏感。

• 60個(gè)單位×150+骨骼 → 總骨骼數(shù)超9000，遠(yuǎn)超常見角色批次規(guī)模。

• GPU每幀需完成：

• • 數(shù)千個(gè)骨骼矩陣上傳（若未合批）；

  • 大量頂點(diǎn)著色器并行運(yùn)行；

  • 渲染管線等待數(shù)據(jù)就緒，造成Gfx.WaitForPresentOnGfxThread延遲飆升。

3. Unity內(nèi)置GPU Skinning機(jī)制缺陷

• Unity原生的GPU Skinning（含ENABLE_VS_SKINNING系列宏）在移動(dòng)平臺(tái)優(yōu)化不足：

• • 未有效利用現(xiàn)代API（如Metal Argument Buffers）減少綁定開銷；

  • 缺乏對(duì)實(shí)例化與多對(duì)象批量處理的深度整合；

  • 在復(fù)雜角色場(chǎng)景下，反而增加CPU-GPU同步負(fù)擔(dān)。

優(yōu)化建議：

優(yōu)先關(guān)閉ENABLE_VS_SKINNING_MORE_BONES，采用替代方案。

1. 降低骨骼數(shù)量（資源層）

• 與美術(shù)協(xié)作，通過減骨工具將非關(guān)鍵區(qū)域骨骼合并或移除；

• 目標(biāo)控制單模型骨骼數(shù)在75以內(nèi)，確保可使用標(biāo)準(zhǔn)ENABLE_VS_SKINNING路徑。

2. 使用自定義GPU Instancing + GPU Skinning

• 參考UWA開源方案，實(shí)現(xiàn)基于Compute Shader的骨骼動(dòng)畫計(jì)算；

• 結(jié)合GPU Instancing批量渲染相同怪物類型，顯著降低DrawCall與動(dòng)畫更新開銷；

• 可同時(shí)規(guī)避Animator.Update和MeshSkinning.Update的CPU瓶頸。

3. 啟用QualitySettings.skinWeights = 4 Bones并導(dǎo)入時(shí)鎖定

• 在Model Import Settings中設(shè)置Skin Weights為Standard (4 Bones)，避免運(yùn)行時(shí)冗余計(jì)算；

• 禁止使用Auto模式導(dǎo)致動(dòng)態(tài)降級(jí)開銷。

4. 控制屏幕內(nèi)更新范圍

• 設(shè)置SkinnedMeshRenderer.updateWhenOffscreen = false，停用屏幕外角色的動(dòng)畫計(jì)算；

• 配合LOD系統(tǒng)，在遠(yuǎn)處使用簡(jiǎn)化骨骼版本。

5. 考慮動(dòng)畫共享技術(shù)

• 對(duì)同類角色，使用統(tǒng)一動(dòng)畫狀態(tài)源，其它實(shí)例通過CopyPose復(fù)用結(jié)果；

• 可結(jié)合對(duì)象池管理，進(jìn)一步減少Animator組件數(shù)量。

?? 注意：ENABLE_VS_SKINNING_MORE_BONES應(yīng)僅用于極少數(shù)特例角色，且需嚴(yán)格測(cè)試目標(biāo)設(shè)備表現(xiàn)。常規(guī)項(xiàng)目不建議開啟。

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封面圖來源于網(wǎng)絡(luò)

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