《都市：天际线2》城市一隅 #4：游戏性能解析：难点和优化

各位市长，大家好！

在本期《城市一隅》中，我们将深入探讨《都市：天际线2》的技术细节，尤其是性能表现。我们采访了技术总监和主程序员，请他们详细介绍整体性能情况。此外，我们还会看看团队目前重点处理的两类性能问题。我们也聊到了未来的计划，以及在解决性能问题方面可能采取的方向，并提前透露一个计划在下个补丁中加入的新工具！

话不多说，系好安全带，我们马上开始！

那么，“性能”这个词究竟指什么？简而言之，《都市：天际线2》在设计时充分发挥了多核 CPU 的利用率。这意味着底层技术基础处于不错的状态，但我们仍有很多可以继续改进的地方。像这样的城市建造游戏有其独特的挑战：你可以把镜头拉得非常近，细致观察市民；也可以迅速拉远，一览整座城市。不同的观察视角都会让性能优化变得更加复杂。此外，游戏世界是动态且持续变化的，这意味着我们无法提前预计算任何内容，也无法通过“烘焙”数据来帮助解决性能问题。

尽管性能方面仍有许多问题需要进一步研究，但我们认为这些挑战很有意思，也愿意正面迎战——这也是我们当初选择投身游戏开发行业的原因之一。我们也一直在与 Unity 合作，以帮助定位具体的性能问题，并寻找相应的解决方案。接下来，就让我们看看当前影响性能的一些因素，以及有哪些可能的改进方向。

听起来也许很显然，我们已经确定影响渲染性能最大的因素是需要渲染的三角形数量，但事情并不止于此。以市民的牙齿为例：过去，城市中每一位可见市民的牙齿都会被渲染出来，无论距离多远。好在这款游戏并不是牙科模拟器，牙齿渲染的问题很早以前就已经修复了，但仍然还有许多地方可以继续进行性能优化。

我们着手提升渲染性能最直接的方式，就是加入更多、更优秀的细节层级（LOD）模型。LOD 是模型的简化版本，当物体距离镜头较远时，就会切换为这些版本，因为地平线上的建筑并不需要和眼前建筑相同的细节等级。简化后的资源可以减少 GPU 需要处理的三角形数量，同时也会间接提升阴影渲染性能，因为阴影绘制使用的是同一套几何体。

水体模拟同样运行在 GPU 上，因为它涉及 GPU 擅长处理的大规模并行运算，用来计算水流如何流动、如何积聚压力，以及如何与地形互动。水体系统是渲染管线中负载较重的部分之一；这个问题在低端硬件上尤其明显，因为它会占用大量 GPU 资源，导致其他渲染工作无法同时进行。我们目前正在研究改进水体模拟的方法，尤其是针对性能较弱的硬件，让它能更好地与渲染管线的其他部分协同工作。

地形渲染是我们目前关注的另一个方向。现在的地形系统会为镜头看不到的区域生成几何体。在某些情况下，我们提交的地形几何体中，大约有 65% 最终会因为位于视野之外而被剔除。若能在流程更早的阶段加入更智能的可见性检测，我们就能避免一开始就把不必要的几何体发送给 GPU。我们的性能分析显示，发送到 GPU 的三角形中，有 40% 到 60% 最终会因为小到无法在屏幕上显示而被丢弃，这意味着有大量工作被白白浪费。更好的 LOD 可以更早发现这些情况，在 GPU 处理之前就切换为更简单的几何体。

Iceflake Arena 的不同 LOD 层级

与渲染性能相比，模拟性能更难啃，因为相关问题通常只有在城市发展到一定规模后才会凸显出来。通常，这些问题与人口增长以及市民的寻路密切相关。因此，要着手解决模拟性能问题，最直接的办法就是观察游戏中的寻路请求，以及它们发生的频率。举个例子，与其为了去一家商店而步行 30 公里，让寻路系统在整座城市中搜索路线，市民是否可以用更聪明的方式购买生活用品呢？

这种小型玩法改动当然是可行方向之一，但由于它们也会影响模拟系统的其他部分，因此修复起来仍然需要较长时间。不过，我们正在研究各种可能性，比如减少行人数量，使其更符合城市规模，这将有助于提升模拟性能，尤其是在大型城市中。

游戏中的问题也会引发更严重的性能问题。其中一部分我们已经修复，例如市民或罪犯卡在某些建筑里，导致过度寻路；还有大量自行车的出现，也进一步加重了寻路系统的负担。不过，类似的问题仍然存在，我们还会继续查找并修复，以进一步改善性能。

我们使用 Unity Profiler 来追踪寻路性能瓶颈。在这个例子中，许多 CPU 线程都忙于处理寻路及相关计算。

在此前的更新中，我们已经应用了一些与性能相关的简单修复。例如，在较低硬件设置下降低阴影分辨率、根据所用硬件自动匹配图形质量设置，以及在低端硬件上禁用一些负载最重的特效，例如 SSGI。

虽然性能问题仍需要更多调查、优化以及不同方案的尝试，但我们已经大致明确了在性能改进方面应优先处理哪些内容。我们目前优先关注 LOD 和影响渲染的算法，这将改善 GPU 侧的性能，而且即使是在最小规模的城市中，你也能立刻看到效果。我们也在研究不同 CPU 和显卡各自的性能限制。

我们准备了一款基准测试工具，它可以让你比较不同补丁之间的性能表现，以及更新对你的电脑性能带来的影响。这也让我们能够收集数据，了解哪些方面、哪些硬件类型需要投入更多关注。这个工具将会在下一个补丁中加入。

基准测试工具的早期版本。

感谢阅读。和往常一样，随着我们不断朝着更佳性能迈进并作出改动，我们会持续向大家更新进展。下次见！