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    @kiikey4(Key Zhao)

    [UE5] 利用Unreal Insights進行優化：透過非同步加載(AsyncLoad)提升遊戲性能

    最後更新日期 2024年10月20日

    發佈日期 2024年10月19日

    1

    概要

    本文介紹使用 Unreal Insight 進行優化負荷調查的流程，以及如何使用 C++ 實現非同步加載（預先讀取）以防止在遊戲內使用 LoadSynchronous() 同步加載素材時發生的停頓。關於 Blueprint 的非同步加載，請參考下面的參考連結。

    環境

    • Rider 2024.2.6
    • Unreal Engine 5.4
    • Windows 11 Pro

    參考資料

    本文

    使用 Unreal Insight 進行優化的負荷調查

    Unreal Insights 是什麼？
    Unreal Insights 是一個用於分析 Unreal Engine 中性能和內存使用情況的工具。官方文檔在這裡: https://dev.epicgames.com/documentation/en-us/unreal-engine/unreal-insights-in-unreal-engine

    使用方法
    有關詳細的使用方法，請參考 [UE5] 嘗試使用 Unreal Insights。

    進行優化調查時，理想情況下應使用目標平台的Package版本，而非普通的 PIE（在編輯器中播放）模式。因為在 PIE 模式下，預先加載的緩存和背景操作會影響，導致難以進行準確的負荷測量。

    這次我們將在接近Package版本的 Standalone Game 中進行調查。

    如何啟動 Standalone Game

    如下面的圖片所示，從 UE 編輯器啟動 Standalone Game。

    how_to_launch_standalone_game_nbf9t2

    如果在遊玩過程中發生了卡頓，可以使用以下命令。

    stat_unitgraph_qvvmlg

    stat unitgraph

    「stat UnitGraph」命令是用來可視化遊戲處理負荷的工具，以圖表的形式顯示。這樣一來，在發生停頓的時候，圖表上會出現明顯的尖峰，能夠清楚地識別問題所在。

    與許多人常用的「stat Unit」或「stat fps」不同，「stat UnitGraph」能夠記錄短暫的停頓，較少漏掉。

    執行後會顯示如下圖表。左下角顯示負荷圖，右上角顯示具體數據。若以 60fps 為目標，理想的情況下幀時間應保持在16.6ms以下。

    stat_unitgraph_explanation_mdv1fe

    接下來，我們將使用 Unreal Insights 進行實際測量。

    trace_start_aq3qbs

    trace.start 和 trace.stop

    要開始使用 Unreal Insights 進行測量，請執行 trace.start 命令。測量完成後，使用 trace.stop 結束。

    處理負荷測量結果

    如下面的視頻所示，確認到卡頓的發生。

    hitch_graph_nl0bb9

    當重處理執行時，圖表上會顯示出明顯的變化。

    hitch_frame_gucxrj

    遊戲: 58.26ms
    可以看到遊戲線程耗時 58.26ms。

    接下來，我們也來檢查一下 Unreal Insights 的測量結果。

    如何打開 Trace
    open_trace_ws9cha

    打開 Trace 數據後，會顯示如下結果。 HitchhUnrealInsight_wlbcuz

    在這個結果中，值得關注的是綠色條所示的

    LoadObject (154.7ms) - /Game/Main/InGame/VFX/Niagara/NS_DizzyStar.NS_DizzyStar

    這裡顯示了 Niagara 效果的加載過程對系統造成了很大的負擔。

    尤其是在 Niagara 的初次載入或初次生成時，可能會因為着色器編譯而導致卡頓現象。

    這次我會解釋初次載入時出現卡頓的原因，不過如果是初次生成時出現卡頓的情況，可以通過事前（例如在黑屏過場等）在看不見的地方進行一次生成來解決。

    在Package版本中，這種停頓只會在安裝後的第一次發生。
    而在 UE 中，則僅在 UE 啟動後的第一次會發生。

    如果想要重現停頓，則需要重啟 Unreal Engine 或刪除並重新安裝包。

    這是造成問題的 Niagara 效果。

    DizzyNiagaraEffect_x8gioz

    查看 C++ 代碼後，加載過程如下所示。

    PlayerCharacter.h
    1public:
2    //...
3	UPROPERTY(EditAnywhere, BlueprintReadWrite)
4	TSoftObjectPtr<UNiagaraSystem> DizzyEffectAsset;
5    //...
    PlayerCharacter.cpp
    1void APlayerCharacter::StartDizzy()
2{
3	if (IsDizzy)
4	{
5		return;
6	}
7	CharacterMovementComponent->MaxWalkSpeed = DizzySpeed;
8
9
10	IsDizzy = true;
11
12	UNiagaraSystem* DizzyEffectSystem = DizzyEffectAsset.LoadSynchronous();
13	if (!IsValid(DizzyEffectSystem))
14	{
15		UE_LOG(LogTemp, Error, TEXT("DizzyEffectSystem is null, Function name: %s"), *FString(__FUNCTION__));
16	}
17	DizzyEffect = UNiagaraFunctionLibrary::SpawnSystemAttached(DizzyEffectSystem, SceneComponent, NAME_None,
18	                                                           DizzyEffectOffset, FRotator::ZeroRotator,
19	                                                           EAttachLocation::KeepRelativeOffset, true);
20
21	if (!IsValid(DizzySoundAsset))
22	{
23		UE_LOG(LogTemp, Error, TEXT("DizzySound is null, Function name: %s"), *FString(__FUNCTION__));
24	}
25	else
26	{
27		DizzySound = UGameplayStatics::SpawnSoundAtLocation(GetWorld(), DizzySoundAsset, GetActorLocation());
28	}
29	GetWorldTimerManager().SetTimer(DizzyTimerHandle, this, &APlayerCharacter::EndDizzy, DizzyDuration, false);
30}

    在即將生成特效之前，使用 LoadSynchronous() 同步載入特效素材是造成卡頓 的原因。

    LoadSynchronous()（同步載入）會等待載入完成（停止其他處理）。這使得玩家會感覺到卡頓。

    UE 官方建議使用非同步載入。

    參考影片: Maximizing Your Game's Performance in Unreal Engine | Unreal Fest 2022

    影片從 22:40 到 28:15。

    27:33 時展示了如何在 Blueprint 中實現非同步載入（AsyncLoad）。

    TSoftObjectPtr<UNiagaraSystem> DizzyEffectAsset
    特效素材在玩家BP裏持有。
    DizzyEffectAsset_wsa9ro

    調查結果： 原因是生成特效之前的 LoadSynchronous()。

    實現非同步載入（AsyncLoad）

    為了解決由同步載入造成的卡頓，我們會在遊戲開始時提前以非同步方式載入素材（預讀）。

    非同步載入可能需要時間，所以如果確保載入的時間，生成素材的時候可能來不及。

    接下來，我們將在 C++ 中創建一個用於非同步載入的函數。

    PlayerCharacter.h
    1protected:
2	void OnDizzyEffectLoaded();
3	void LoadDizzyEffectAsset();
    PlayerCharacter.cpp
    1void APlayerCharacter::BeginPlay()
2{
3	Super::BeginPlay();
4	LoadDizzyEffectAsset();
5}
6
7void APlayerCharacter::LoadDizzyEffectAsset()
8{
9	UE_LOG(LogTemp, Log, TEXT("DizzyEffectAsset requeset load"));
10	UAssetManager::Get().GetStreamableManager().RequestAsyncLoad(DizzyEffectAsset.ToSoftObjectPath(),
11	                                                             FStreamableDelegate::CreateUObject(
12		                                                             this, &APlayerCharacter::OnDizzyEffectLoaded));
13}
14
15void APlayerCharacter::OnDizzyEffectLoaded()
16{
17	UE_LOG(LogTemp, Log, TEXT("DizzyEffectLoaded"));
18
19	if (IsValid(DizzyEffectAsset.Get()))
20	{
21		UE_LOG(LogTemp, Log, TEXT("DizzyEffectAsset is valid"));
22	}
23	else
24	{
25		UE_LOG(LogTemp, Error, TEXT("DizzyEffectAsset is null, Function name: %s"), *FString(__FUNCTION__));
26	}
27}

    接著，將素材的同步加載替換為 Get()。

    PlayerCharacter.cpp
    1void APlayerCharacter::StartDizzy()
2{
3	if (IsDizzy)
4	{
5		return;
6	}
7	CharacterMovementComponent->MaxWalkSpeed = DizzySpeed;
8
9
10	IsDizzy = true;
11
12	UNiagaraSystem* DizzyEffectSystem = DizzyEffectAsset.Get();
13	if (!IsValid(DizzyEffectSystem))
14	{
15		UE_LOG(LogTemp, Error, TEXT("DizzyEffectSystem is null, Function name: %s"), *FString(__FUNCTION__));
16	}
17	DizzyEffect = UNiagaraFunctionLibrary::SpawnSystemAttached(DizzyEffectSystem, SceneComponent, NAME_None,
18	                                                           DizzyEffectOffset, FRotator::ZeroRotator,
19	                                                           EAttachLocation::KeepRelativeOffset, true);
20
21	if (!IsValid(DizzySoundAsset))
22	{
23		UE_LOG(LogTemp, Error, TEXT("DizzySound is null, Function name: %s"), *FString(__FUNCTION__));
24	}
25	else
26	{
27		DizzySound = UGameplayStatics::SpawnSoundAtLocation(GetWorld(), DizzySoundAsset, GetActorLocation());
28	}
29	GetWorldTimerManager().SetTimer(DizzyTimerHandle, this, &APlayerCharacter::EndDizzy, DizzyDuration, false);
30}

    這樣非同步載入的實現就完成了。
    接下來，我們在 Standalone 遊戲中進行確認。

    如果Log顯示 DizzyEffectAsset is valid，則可以確認素材的非同步載入（AsyncLoad）已成功。

    結果

    使用「stat UnitGraph」命令的結果顯示，圖表上的尖峰消失，卡頓問題得以解決。

    總結

    調查流程

    • 卡頓的檢測：使用「stat unitgraph」命令將遊戲中發生的卡頓圖形化，並確定重負載發生的位置。
    • Unreal Insight 的測量：為了調查卡頓發生時的詳細負載，使用 trace.start 和 trace.stop 命令收集追蹤數據，確認負載的來源。

    問題的確定

    • 特效的素材（Niagara 特效）因同步載入 LoadSynchronous() 而被載入，因此在載入完成之前，其他處理會被停止，導致卡頓的發生。

    非同步載入的實現

    • 為了避免卡頓，使用 TSoftObjectPtr 在遊戲開始時將特效非同步載入。這樣，玩家在使用特效之前，素材已經載入完成，從而避免卡頓。

    結果

    非同步載入的實現成功解決了卡頓問題，遊戲的流暢度得到了確認。通過使用非同步載入，我們提升了遊戲性能，改善了玩家的體驗。

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