优化移动游戏体验的技术、特性及趋势

来源：好游戏攻略时间：2024-11-25 10:48

作者： Arm 终端事业部生态系统战略总监 Peter Hodges

从更真实的游戏场景，人工智能 (AI) 驱动的游戏角色，到降低功耗来延长游戏时间，开发者正在努力打造真正的沉浸式体验，为从入门级到旗舰级的各类设备带来更好的移动游戏体验。然而，游戏的性能本就受物理条件制约。为了确保游戏在实际的移动设备上表现良好，同时获得满意的整体游戏体验，就需要巧妙利用图形渲染技巧、其他相关技术、工具和功能来改善功率和能耗，避免设备过热。

在上月举行的 2024 年游戏开发者大会 (GDC) 上，Arm 探讨了前沿的卓越移动图形技巧、其他相关技术、工具和功能，重新定义移动游戏布局，帮助开发者实现更出色的游戏体验。

光线追踪是一种计算机图形技术，通过模拟场景中的光线路径来生成逼真的光照和阴影，从而带来更真实、更身临其境的游戏体验。

光线追踪可以分为两种不同的类型：Ray Query 和 Ray Pipeline。Ray Query 是一个显而易见的模型，所有光线都在 GPU 着色器内处理，而 Ray Pipeline 会将上述步骤分解成离散的阶段。在目前的移动生态中，Ray Query 的应用范围较 Ray Pipeline 更广，且这一趋势预计还会在未来几年内持续。

光线追踪技术的挑战在于，它会占用移动系统级芯片 (SoC) 大量功耗、能量和面积。而在首款提供硬件加速光线追踪支持的 Arm GPU —— Arm Immortalis-G715 GPU 上，光线追踪仅占用 4% 的 GPU 着色器核心面积，就基于硬件加速实现了超过 300% 的性能提升。这款于 2022 年所推出的 GPU，为开发者们对光线追踪技术的探索，并将其集成至游戏内容中奠定了基础。

可变速率着色 (VRS) 会获取场景信息，并针对所需部分进行精细像素粒度的渲染。以游戏来说，VRS 通常会着重渲染游戏动作相关的画面，而对场景中那些无需较大关注的区域（例如，背景风景）则以较粗的像素粒度进行渲染。

如此一来，玩家所感知到的游戏场景视觉质量不受影响，但整个场景中应用的渲染却减少了，因此可以显著降低能耗。这意味着玩家可以获得更长的游戏时间、更好的整体性能、更稳定的帧速率，设备发热也会相应减少。在游戏内容上启用 VRS 后，我们曾见证过高达40% 的每秒帧数 (FPS) 提升。

Arm 首先将 VRS 集成到 Immortalis-G715 和 Mali-G715 GPU 中，并扩展到最新一代 GPU —— Immortalis-G720 和 Mali-G720 GPU。在这些 GPU 中，我们为 VRS 提供了更大的灵活性和更高的着色率性能。

更复杂的移动游戏场景需要升级图形管线处理，为此，Arm 引入了延迟顶点着色 (DVS) 技术，以改进基于第五代 GPU 架构构建的 Arm 最新 GPU 中的几何图形数据流。 DVS 有助于将性能扩展到更大数量的核心中，帮助移动生态系统达到更高的性能水平。DVS 还有助于游戏在高复杂度场景中保持帧率稳定，为新一代的几何图形内容持续提供支持。

DVS 的引入为热门游戏内容的某些选定场景带来了性能优势，例如在《原神》中减少了 33% 的带宽使用，在《堡垒之夜》中则减少了 26%。这两款游戏在全球范围内都非常受欢迎，可跨不同平台（PC、家用主机和移动设备）运行。

Arm 通过一系列 GPU 工具和资源对游戏开发者提供一贯的生态系统支持。全新的 Arm Performance Studio （以前称为 Arm Mobile Studio）就是这样的工具之一，并可供免费下载。Arm Performance Studio 为游戏开发者提供了多种搜集、性能分析和调试工具，以帮助他们优化游戏应用的性能和效率。

Arm Frame Advisor 是一款逐帧分析工具，适用于支持 OpenGL ES 3.2 和 Vulkan 1.1 的游戏，现已向游戏开发者开放。它使用分层驱动程序采集某一帧中所有 API 的调用情况，并通过分析引擎为游戏开发者提供情景反馈。这种反馈可以帮助开发者发现提升应用性能的机会，具体包括以下方面：

例如超过 GPU 周期数或 GPU 功率预算等超出预算的相关信息

Adaptive Performance 涵盖包括来自三星和安卓的各种性能框架。Unity 对这两类框架进行了集成，开发者可以使用它们来微调游戏并提高整体性能。

开发者可以使用这些框架来模拟事件，以重复与移动设备上的实际性能相关的设备状态变化。例如，围绕热节流进行的模拟事件可识别各种潜在的性能问题，继而开发者可以对其进行改进。

当开发者采用性能框架时，他们能够在游戏中采取措施来纠正这种情况，同时最大限度维护好受影响设备上的玩家体验。开发者意识到，对多样化的安卓生态系统中的所有设备展开测试并不现实，他们能做的是在出现情况时采取应对措施。因此， Arm 与谷歌和 Unity 合作开发 Adaptive Performance，确保平台给出可信且有意义的反馈，再由游戏引擎利用这些反馈来优化游戏性能。

从开发者的角度来看，Adaptive Performance 框架提供了强大的工具来保证整体玩家体验。开发者可以用一种逐步递进的方式设计和验证功能，并利用模拟事件对其进行测试。改进的空间仍然存在，因为这些模拟事件仍无法重现操作系统与现实世界中的相应变化之间的互动。这意味着在向最终用户部署之前，开发者仍然很难准确评估性能框架的影响。

虚幻引擎 5 (Unreal Engine 5) 桌面平台渲染器旨在为 PC 游戏和应用提供高质量的实时渲染，包括高质量照明和纹理功能。这突破了游戏实时渲染中图形保真度和真实感的界限。

Arm 携手 Epic Games 在安卓上支持虚幻引擎 5 桌面平台渲染器。对于开发者来说，这将确保 Immortalis GPU 能在移动设备上提供桌面级质量的渲染和图形。 Arm 创建了 Steel Arms 演示，并在 2024 世界移动通信大会 (MWC) 和 GDC 2024 期间进行了展示，以测试开发者使用 Arm GPU 产品的体验，并演示该渲染器如何实现高质量的图形。这其中包括丰富的光晕效果、基于物理的优质着色、生动的模糊效果和实时反射。Arm 还致力于将虚幻引擎集成到 Steel Arms 的 Adaptive Performance 框架中。

Unity Sentis 是一个旨在将快速发展的 AI 模型创新引入游戏开发的框架。它允许游戏开发者在所有 Unity 支持的移动设备上导入并运行可定制的第三方 AI 模型。Sentis 聚焦的 AI 用例包括，对象识别、定制化 AI 对手、笔迹检测、景深评估、语音识别，以及智能化的非玩家角色 (NPC)。

Unity ML-Agents 是 Sentis 支持的这些 AI 用例的一部分。它允许游戏开发者通过深度强化学习和模仿学习的结合，在游戏和模拟中训练智能代理。由此，开发者便能够创造出更吸引人的游戏玩法和增强的游戏体验。 Arm 正在与 Unity 合作，确保充分平衡我们 CPU 和 GPU 在游戏过程中的功耗，并使用 ML-Agents 提供一致的游戏体验。

借助广泛的移动图形技术、技术和功能，开发者可以优化他们的游戏，以获得更令人惊叹且更加身临其境的视觉体验、更迷人的图形和更低的功耗，从而延长游戏时间。这一切就发生在基于 Arm 的移动设备上，而游戏开发者能够利用基于 Arm 架构的处理器的功能和效率，打造在各类设备上都能流畅运行的卓越游戏。此外，大量可用的工具、软件和开发者资源也让开发者能够更快地将他们的移动游戏推向市场。

我们正着手提供技术、诀窍、资源和见解，以便全世界的开发者现在和将来都可以继续在 Arm 平台上运行他们的游戏。

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