VR游戲對CPU性能的要求分析

　　導語：伴隨著全新VR體驗所帶來的雙目渲染、高分辨率和低延時等要求，對CPU和GPU都造成了極大的計算壓力，一旦VR應用出現性能問題，非常容易造成用戶眩暈并帶來極差的用戶體驗，因此性能問題對于VR體驗的好壞格外重要。本文將集中介紹VR需要高計算量的原因， 以及分享如何利用工具查找VR應用的性能問題和CPU瓶頸所在。

　　自從三大頭顯廠商Oculus、HTC和Sony在2016年發布了虛擬現實（VR）頭顯產品后，由于能夠帶來卓越的沉浸式體驗，VR越來越受到市場的關注和重視，而VR也被認為會取代智能手機成為下一代的計算平臺。然而，盡管虛擬現實能給用戶帶來身臨其境般的沉浸式體驗，但相比傳統應用，其具有雙目渲染、低延遲、高分辨率以及高幀率等嚴苛要求，因此極大地增加了CPU和GPU的計算負載。鑒于此，性能問題對于虛擬現實應用尤為重要，因為VR體驗如果沒有經過優化，容易出現掉幀等問題，讓用戶使用時發生眩暈的情況。在本文中，我們將介紹一種適用于所有游戲引擎及虛擬現實運行時（VR runtime）的通用分析方法，分析基于PC的VR游戲面臨的性能問題。我們以騰訊的一款PCVR游戲《獵影計劃》為例展示如何利用這套方法進行分析。在此之前我們先來了解一下VR游戲對性能要求較傳統游戲高的四大原因。

　　VR游戲和傳統游戲在硬件性能需求上的區別

　　相較于傳統游戲，VR游戲由于存在高幀率、雙目渲染及容易產生眩暈等特性，導致對于硬件計算能力的需求顯著上升。下面從四個方面比較一下VR游戲和傳統游戲的區別：

　　像素填充率

　　以一個1080p 60fps游戲為例，像素填充率為124Mpixels/sec。如果是支持高端VR頭盔（Oculus Rift、HTC Vive）的游戲，像素填充率為233Mpixels/sec（分辨率2160x1200，幀率90fps）。但是中間需要一個較大的渲染目標，避免圖像經過反形變校正后產生用戶可見并且沒被渲染到的區域，導致視角（FOV）降低。根據SteamVR的建議，需要放大的比率為1.4倍，所以實際的像素填充率為457M pixels/sec（分辨率3024x1680，幀率90fps），我們可以通過stencil mesh把最終不會被用戶看到的區域剔除掉以減少需要渲染的像素，經過優化后的像素填充率為378M pixels/sec，但仍然是傳統1080p 60fps游戲的3倍像素填充率。

　　雙目渲染

　　從游戲渲染管線的角度來看，傳統游戲中每一幀的渲染流程大致如下，其中藍色的部分是CPU的工作，綠色的部分是GPU的工作。但由于視差的關系，VR游戲需要對左右眼看到的畫面分別渲染不同的圖像，所以下面的渲染管線也要對左右眼各做一次，從而增加了計算需求（在VR中兩眼的視差較小，可以利用GBuffer或提交渲染指令后用view matrix變換等方法降低實際計算）。

　　圖1 傳統游戲渲染流程