性能优化实战——使用Particle Budget系统优化粒子性能
背景
在Unity的游戏项目中，针对粒子较多的场景，往往粒子的更新会占用比较高的开销：
粒子的性能优化一直困扰开发者——如何在粒子的性能、表现和管理成本之间达到平衡？
本文介绍一种高级优化方案：Particle Update Budget。通过限制每帧的粒子模拟预算，从而得以在粒子的性能和表现之间达到平衡。此外，该方案涉及的需要配置的参数也较少，也意味着较低的管理成本。
原理介绍
核心理念
本方案的核心组件为ParticleSimulationBudget和ParticleSystemController。是针对每个Particle System，根据其优先级手动进行Particle.Simulate方法的调用。
ParticleSystemController：管理某个Particle System，负责设定该Particle System的优先级相关参数，将其注册到ParticleSimulationBudget，以及计算该Particle System的优先级。ParticleSimulationBudget：单例管理类，维护两个粒子数组：每帧强制更新的ForceUpdate粒子与根据优先级按需更新的Managed数组。针对Managed数组，系统会根据时间预算进行Particle.Simulate方法的手动调用。
流程图如下：
该方案的优点如下：
- 平衡性能与表现：在CPU负载较高时，可以保证帧率；而在CPU负载较低时，可以保证效果。相比起强制降帧方案，对表现更加友好。
- 负载可控：可以确保粒子的模拟模块开销不高于一个最高值，助于帧率的稳定。
- 管理成本低：针对高、中、低配平台，只需要进行预算值的配置即可。
粒子优先级的计算
粒子的优先级决定了这一帧该粒子是否需要更新，优先级的计算考虑如下因素：
- 该粒子的基准优先级预设类别：被标记为
High Priority的粒子比Normal的粒子优先级更高 - 距离上一次该粒子更新的时间间隔：该粒子越久没有更新，则优先级越高
- 该粒子与相机的距离：如果该粒子离相机越近，则优先级越高
各因素之间通过数值关系组合，最终获得该粒子在这一帧的更新优先级。
具体的公式可以查看Demo工程中的ParticleSystemController.CalculatePriority方法。当然，读者也可以根据自己的需求自定义公式。
注：理论上屏占比比距离是一个更加合理的因素，但是屏占比的计算需要进行两次矩阵的计算，对性能反而有负面的影响。
组件细节
ParticleSystemController组件 该组件与Particle System挂载在同一个GameObject下：
Priority Preset可选：Force Update（强制更新）、High Priority（高优先级）、Normal(正常优先级)。ParticleSimulationBudgetManager组件 该组件为一个全局单例：
可以在这个组件中通过Max Frame Budget MS属性进行预算的设置（以毫秒为单位）。
性能数据
我们在场景中放置了101个粒子特效，其中4个粒子被设置为Force Update、34个粒子被设置为High Priority、剩下的被设置为Normal。
默认我们将所有的Particle System Controller组件的Enable设为False，并且模拟20s，让每个粒子的数量都膨胀到一定数量后，开启CPU Profiler。
我们使用的测试设备为Mi 8 UD，Budget设为2ms每帧，结果如下：
可以看到，Budget方案下，ParticleSimulationBudgetManager.LateUpdate函数开销略高于2ms。而原方案下，所有的粒子都会进行模拟操作，开销为3.43ms，且不可控。
总结
本文介绍的Particle Budget系统提供了一种有效的Unity粒子性能优化方案，主要特点和优势包括：
核心机制：
- 通过ParticleSystemController和ParticleSimulationBudgetManager两个核心组件实现
- 采用优先级调度机制，综合考虑预设优先级、更新间隔和相机距离等因素
主要优势：
- 性能与表现的平衡：在保证帧率的同时尽可能维持粒子效果
- 负载可控：确保粒子模拟开销不超过预设预算值
- 管理简便：只需配置预算值和优先级预设，无需复杂调优
应用建议：
- 适用于粒子密集的场景，特别是移动端性能敏感项目
- 可根据目标平台性能调整预算值(高配平台可适当增加预算)
- 对关键特效使用Force Update，次要特效使用优先级管理
可以参考Demo，开发者可根据项目需求灵活调整优先级计算策略和预算值。