Unreal Engine 5 Character and Animation Optimizations

这是一篇视频记录，视频地址：Unreal Engine 5 Character and Animation Optimizations | Unreal Fest 2024

Profiling

Commands

• Stat FPS
  
• Stat UNIT
  
• Stat UNITGRAPH
  
• Stat ANIM
  
• ShowDebug ANIMATION
  

Size Map

检测当前资源引用到的资源大小，可分别查看内存中的和磁盘中。

MemReport

MemReport -full 输出当前内存情况，到Saved/Profiling/MemReports/文件夹中。

Control Rig

在Control Rig的类设置中，打开以下选项：

这样可以实时看到整个Control Rig花的时间：

以及每个节点的消耗和调用次数：

GPU Visualiser

Insights

• Channels
  • Animation
  • AssetLoadTime
• Stat Named Events
• Open Insights After Trace

Animation Sequence

Audit

Content Audit Animation Data

• Animation Tracks：检查是否有不需要的节点被烘培进动画了，比如把脸部节点也加入到动画中了，但是该动画不需要脸部节点运动。
• Animation Curves：删除不必要的曲线
  

Animation Track

检查动画轨道数量，数量在66个左右是非常适合Gameplay的。

使用Asset Action Utility编写一个简单的方法查询该动画的轨道数量，代码源文件，代码如下：

这样可以右键动画切片时，看到该方法，运行即可：

输出如下：

Animation Import Setting

导入动画切片时勾选上以下三个选项：

设置全部导入配置，在/Engine/Conifg/BaseEditorPerProjectUserSettings.ini文件中的/Script/UnrealEd.FbxAnimSequenceImportData章节配置：

Audit Example

以下原数据：

减去不必要轨道和曲线后：

Anim Graph

可以在动画蓝图中查看，动画传输的数据，如果除了动画数据还有其他数据在传输，可以看到有其他颜色的线，这样可以用来排查是否有无用数据在传输。

Compression

• Animation Compression Library（ACL）
  • Default >= 5.3
  • Unreal Marketplace 4.25 - 5.2

Level Of Detail (LOD)

根据距离来减少蒙皮的面数，同时也可以减少骨骼数量、蒙皮权重等。

在骨骼蒙皮文件中查看LOD的索引：

创建SkeletalMeshLODSettings配置表设置LOD的细节：

主要设置以下几个选项：

Screen Size

这是用控制LOD切换的参数，他决定了在屏幕上，模型占据多大比例时切换到特定的LOD级别。ScreenSize 是一个介于0到1之间的浮点值，表示模型在屏幕上的相对大小。

• 值为1时，表示模型占据整个屏幕高度。

• 值为0.5时，表示模型占据屏幕高度的一半。

• 值为0时，表示模型在屏幕上不可见。

LOD切换逻辑：

• 当模型的屏幕大小（基于其包围盒）小于或等于 ScreenSize 时，引擎会切换到对应的LOD级别。

• 例如，如果 ScreenSize 设置为0.5，当模型在屏幕上的大小小于或等于屏幕高度的一半时，引擎会使用该LOD级别。

可以使用命令A.VisualizeLODs 1 查看模型在场景中的ScreenSize，如下图：

LOD Hysteresis

在一些特殊的情况下，LOD会一直切换，即使相机是固定的。为了解决频繁的切换造成的性能和抖动的问题，为LOD切换引入了一个缓冲区域。具体来说逻辑如下：

• 当模型从高 LOD 切换到低 LOD 时，切换的实际阈值会比配置的 ScreenSize 更低。

• 当模型从低 LOD 切换回高 LOD 时，切换的实际阈值会比配置的 ScreenSize 更高。

假设 ScreenSize 是 LOD 切换的阈值，LODHysteresis 是一个介于 0 到 1 之间的值，用于调整切换的缓冲范围。

• 从高 LOD 切换到低 LOD： 实际切换阈值 = ScreenSize × (1 - LODHysteresis)

• 从低 LOD 切换回高 LOD： 实际切换阈值 = ScreenSize × (1 + LODHysteresis)

例如：

如果 ScreenSize 为 0.5，LODHysteresis 为 0.1：

• 从高 LOD 切换到低 LOD 的阈值是 0.5 × (1 - 0.1) = 0.45。

• 从低 LOD 切换回高 LOD 的阈值是 0.5 × (1 + 0.1) = 0.55。

这意味着：

• 当模型的屏幕大小从大于 0.5 减小到 0.45 时，才会从高 LOD 切换到低 LOD。

• 当模型的屏幕大小从小于 0.5 增加到 0.55 时，才会从低 LOD 切换回高 LOD。

Bone List

设置骨骼赛选Bone Filer Action Option：

• Remove the joints specified and children
• Only Keep the joints specified and parents

一个简单的设置例子：

• LOD 01
  • Remove the joints specified and children
    • Face Joints
• LOD 02
  • Only Keep the joints specified and parents
    • Core Skeleton Keep

Reduction Settings

这里有很多设置，核心讲几个比较重要的设置：

• Remap Morph Targets：关闭。Morph Targets是实现模型变形的技术，通过调整顶点的位置来实现面部表情、肌肉、布料等效果。在启用LOD时，引擎会减少模型顶点的数量，那么使用顶点做的变形就需要重新映射顶点。
• Max Bone Influences：降低到3和4。最小的可以降低到0。
• Geometry
  • Enforce Bone Boundaries： 保留骨骼边界的完整性，避免动画变形问题。
  • Merge Coincident Vertices Bones：合并重合的顶点和骨骼，优化模型数据。
  • Volumetric Correction：保持模型的体积不变，避免形状失真。
  • Lock Mesh Edges：锁定模型边缘，保留硬边和轮廓特征。
  • Lock Vertex Colour Boundaries：保留顶点颜色的完整性，确保颜色信息正确。
  • Improve Triangles for Cloth：优化布料模拟的三角形，提高模拟质量。

Animation Blueprint

Multi-threading

启用多线程运行动画蓝图。

确保在Project Settings->Engine->General Settings中启用以下选项：

在每个动画蓝图的中的Class Settings中启用以下选项：

Warning

在使用Root Motion时，多线处理会失效，因为计算根节点位移实在Game线程中。

将所有更新的逻辑移动到Blueprint Thread Safe Update Aniamtion，并且确保该函数调用的函数是BlueprintThreadSafe启动该选项，获取参数使用Property Access，详情可参考：文章

Fast Path

Fast Path（快速路径） 是动画蓝图（Animation Blueprint）中的一种自动优化机制，旨在提高动画系统的运行效率。它通过减少不必要的计算和逻辑处理，使动画蓝图能够以更高的性能运行。

启动该机制前提是打开Project Settings->Engine->General Settings->Optimize Anim Blueprint Member Variable Access选项。

查看节点是否启用了该机制，可以查看蓝图节点上是否有闪电标识如下图：

在动画蓝图中开启Warn About Blueprint Usage选项，可以提示开发者使用的节点是否合理。

Fast Path 是引擎自动管理的功能，开发者无法手动启用或禁用它。然而，可以通过以下方式确保动画蓝图能够充分利用 Fast Path：

• 简化动画蓝图逻辑：

  • 尽量避免在动画蓝图中使用复杂的逻辑（如自定义事件、复杂的变量计算等）。
  • 使用简单的节点（如状态机、混合节点、骨骼控制器等）来实现动画逻辑。
  • 直接调用本地参数，而不是调用引用对象的参数，使用Property Access访问参数。

• 避免使用不支持 Fast Path 的节点：

  • 某些节点（如蓝图函数调用、自定义事件等）可能会导致 Fast Path 被禁用。
  • 尽量使用动画系统内置的节点来实现功能。
  • 不要在AnimGraph中使用And和Or节点
    
  • 不要在AnimGraph中使用乘法
    

• 优化动画蓝图结构：

  • 将复杂的逻辑移到 Anim Instance 或 Character Blueprint 中处理，而不是直接在动画蓝图中实现。

AnimGraph Functions

在AnimGrap中很多计算都不能使用，那应该怎么正确的在AnimGrap中使用计算呢？

Functions on nodes

使用绑定方法，如下图：

Call Function Node

在AnimGrap中直接调用方法，使用的是UAnimGraphNode_CallFunction，并且可以设置触发的时机。

没有具体使用过该节点，发现只要是在AnimInstance中的方法且开启了BlueprintThreadSafe，都可以在这里选择出来。

Functions Must Be Thread Safe

函数必须打开多线程安全

Use Case - Fast Path With Logic In AnimGraph

以下方式不能触发Fast Path自动优化机制：

可以修改为：

AnimGraph LODs

Node LODs

可以设置节点上LOD来控制节点是否运行：

比如下图的叠加动画，当前角色LOD值大于填的值，就不会执行该节点

Predicted LOD Level

使用预测LOD来控制动画播放，比如下图：

Post Process ABP LOD

在骨骼蒙皮文件中可以对动画后处理蓝图进行设置LOD

AnimGraph Practices

Space Conversion Bundles

尽量减少使用空间转化的节点，把需要同一个空间计算的节点放在一起。

State Machine Settings

Max Transitions Per Frame 和 Max Transitions Requests可以适当的减少。

Cached Pose

多使用缓存姿势：

不要在状态机里再套状态机，可以把所有状态机放在最上层，然后把他们的姿势存起来再使用。

Skeleton Pose Update

Visibility Base Anim Tick

在SkeletonMeshComponent->Details->Optimization中设置:

可以设置为Only Tick Pose when Rendered，表现如下图：

统一修改Project/Config/DefaultEngine.ini文件中：

[/Script/Engine.SkeletalMeshComponent]
VisibilityBaseAnimTickOption=OnlyTickPoseWhenRendered

这只能修改到SkeletalMeshComponent，并不能修改Skeletal Mesh Actors。如果想要全部修改的话，只有修改引擎文件：

• SkinnedMeshComponent.cpp构造函数中VisibilityBasedAnimTickOption的默认值
• SkeletalMeshActor.cpp构造函数中SkeletalMeshComponent->VisibilityBasedAnimTickOption的默认值

No Skeleton Update

在一些场景中人物不需要更新骨骼，可以启用USkeletalMeshComponent->bNoSkeletonUpdate选项，停止更新骨骼，同时动画和物理模拟也不会更新了。

可以使用一个触发盒来启用该选项，离开该盒子后就关闭该选项。

Update Rate Optimizations

打开以下两个选项：

可以看到更新的频率：

不同颜色的表示：

• 绿色：

  • 表示骨骼网格体正在以 最高频率 更新（例如每帧更新）。
  • 这意味着该骨骼网格体没有被优化，或者优化被禁用。

• 黄色：

  • 表示骨骼网格体正在以 较低的频率 更新（例如每两帧更新一次）。
  • 这是 URO 的典型优化状态，表示骨骼网格体的更新频率被降低以节省性能。

• 红色：

  • 表示骨骼网格体 完全停止更新。
  • 这意味着骨骼网格体的更新被跳过，通常是因为它被认为对当前帧的渲染不重要。

• 蓝色：

  • 表示骨骼网格体正在以 最低频率 更新（例如每四帧更新一次）。
  • 这是更激进的优化状态，适用于对性能要求极高的场景。

如果你不想使用C++来编写更新频率的逻辑，可以使用下面这个插件：

以下是简单的一个示例根据LOD数值控制刷新率：

下面是一个简单控制刷新率的例子，没有进行插值的效果如下：

在打开插值过后，可以看到20帧刷新一次的跟每帧刷新一次的没有太大的区别：

Budgeted Skeletal Mesh Component

插件Animation Budget Allocator

使用Skeletal Mesh Component Budgeted替换所有的Skeletal Mesh Component

然后再使用命令a.Budget.Enabled 1启用

这样就可以看到当前场景中的Skeletal Mesh Component Budgeted使用情况：

可以手动设置动画的预算为1ms：

查看场景中的表现：

Texture

Texture Size

图片的倍数：

Size Limit

可以设置贴图中的Maximum Texture Size来控制纹理最大分辨率，它决定了纹理在导入或运行时可以被压缩到的最大尺寸。

以下是一个4k图片设置对比：

统一修改在文件Engine\Config\BaseDeviceProfiles.ini - GlobalDefaults DeviceProfile：

设置Texture Group在Texture -> Level of Detail -> Texture Group Character :

可以多选贴图使用Property Matrices同时设置。

Micro Detail

细节纹理容易在压缩纹理之后丢失掉，看起来会很糊。

所以我们可以将这些细节纹理用Shader的方式呈现，比如在材质中Tiling这些细节纹理，而不是将细节纹理烘焙在主纹理上。

Compression

The Cost of aphla

一般导入是以下格式，不过需要手动检查以下该图片是否需要透明通道，如果不需要就需要启用以下这个选项：

以下是有透明通道和没有透明通道的对比：

压缩算法的编码不同导致储存大小不同，对比如下图。如果我们的磁盘与内存真的不够，就需要重点考虑哪些纹理确实不需要Alpha通道，哪些纹理不需要高精度的颜色表现了。

G8

有时候我们只需要单通道纹理，这时候G8压缩方法就比较好，这个方法会只留下Red通道。所有这些压缩方法可以在纹理的细节面板中调整。

Oodle

我们在打开纹理编辑器的时候可能就已经见过这个藏在角落的Oodle面板了，但这个东西到底有什么用？

这个面板可以让我们调整相关的纹理编码参数：

当我们调整出了一个看起来很满意的参数之后就可以在BaseEngine配置文件中修改全局默认值了。

Channel Packing

通道合成 一个很常见的例子就是将AO遮罩、粗糙度遮罩和金属度遮罩合并成一张RGB纹理。我们甚至还可以加多一张Emissive或者别的什么遮罩放在Alpha通道里，随我们喜欢。这样我们就可以在材质中减少纹理采样，优化纹理复杂度。  

在权衡了纹理质量的前提下，想要追求极致优化，可以合成法线纹理。首先我们需要将法线纹理的压缩设置改回默认，然后在材质中这么写。这样我们就可以往法线纹理的B通道中加东西了。

注意！这种方案非常影响纹理的质量，下图是结果，请权衡好质量与优化。

Masks RGB

蒙版-大部分人会以为只能往RGBA纹理中塞4种蒙版，但其实我们可以往里面塞9种蒙版！

Skeletal Mesh Components

Bounds

骨骼网格体组件还有更多参数设置。我们在更新骨骼网格体时会更新它的包围盒，包围盒的更新我们也可以进行一些调整。执行ShowFlag.Bounds 1可以显示组件的包围盒，这个可以帮助我们Debug。

一般可以设置以下几个：

• 上文提到过，骨骼网格体可以跳过更新帧，然后通过插值对骨骼变形进行平滑。而包围盒的更新也可以跳过更新帧，并且不在平滑后更新。将包围盒更新模式调整成Skip Bounds Update When Interpolating即可。

• 因为遮蔽剔除和相机剔除都是用包围盒计算的，假如包围盒进入剔除范围，这个组件就不会被渲染。骨骼网格体组件可以固定包围盒（Component Use Fixed Skel Bounds），但存在一定的风险，它可能会在应该渲染的时候不渲染。当然，如果确定我们的角色不会超过这个包围盒，我们就可以放心使用固定包围盒。
  

• 如果我们采用了模块化角色方案，可以调整成使用父项骨骼网格体的包围盒模式（Use Parent Bounds/Bounds From Leader Pose Component）。
  

以上这些设置能在USkeletalMeshComponent找到：

Render Static

假如我们有一个骨骼网格体，但是它在游戏内不需要动画，这时候这个Render Static选项就很有用。并且这个选项可以在游戏内自由调节。

Nanite Skeleton

现在Nanite骨骼网格体还没出，但我们可以用点小伎俩。比如我们可以导入一个只有单个三角面的骨架（因为虚幻不允许导入没有面与蒙皮的骨骼网格体），然后将这个三角面关掉。

导入一些静态网格体，静态网格体可以用Nanite，然后再将他们绑定在骨架上。

这样我们就得到了一个“Nanite骨骼网格体”，这非常适用于各种刚性的骨骼网格体上。

Blueprints

Tick

Option

• Turn it Off by Default

  • Blueprint
    
  • Component
    

• Turn it Off by Default - Source Code

  • Actor.cpp - PrimaryActorTick.bStartWithTickEnabled = false;
  • ActorComponent.cpp - PrimaryComponentTick.bStartWithTickEnabled = false;
  • Controller.cpp - PrimaryActorTick.bStartWithTickEnabled = true;

Tick Rate

Source Code：

• Actor.cpp - PrimaryActorTick.TickInterval = 1.0f;
• ActorComponent.cpp - PrimaryComponentTick.TickInterval = 1.0f;

dumpTicks

执行dumpTicks指令可以输出现在在Tick的事件有哪些。

References

引用如果处理不当也会出现大问题，这会导致资产拖着一堆引用，导致加载不畅或者内存占用高。当我们打开Size Map就能看到资产的硬引用，加载第三人称角色蓝图意味着要加载上Size Map上显示的这些资产。

举一个反面案例，这是硬引用处理不当导致的。加载角色的时候加载多了一些载具相关的东西。

这是因为角色蓝图里有一个载具类引用的变量，或者Cast To了载具类。

Interface

如何处理Cast就很重要了，首先如果我们确实需要用到某个类，放心Cast，比如角色与动画蓝图之间的Cast。

但如果我们真的需要用到类里面的逻辑怎么办？可以试试用接口。

然后在蓝图中实现它即可。

Soft Reference

软引用能做的东西不多，并且我们在使用它之前得将它加载成硬引用。Blocking节点会阻塞游戏线程，而Async节点会异步完成加载任务。

Warning

要注意的是，以上这些节点加载出来的引用会卡在蓝图的生命周期里，不会被垃圾收集处理，在加载完，完成了对应的任务之后，推荐用一个Set Object Reference (by ref)节点清掉这个引用，让垃圾收集处理它。

Parent Class Component Assignments

我们一般会将角色蓝图的子蓝图作为角色的变体，修改里面的网格体和里面的一些参数。这个例子是用Quinn的主蓝图生成了一个Mannequin的子蓝图。

当我们打开子蓝图的Size Map就会发现，它加载上了主蓝图中的Quinn骨骼网格体。

这种情况下，需要将主蓝图中的网格体或者其他一些硬引用去掉。

然后再创建两个子蓝图，分别对应Quinn和Mannequin。这样两个子蓝图就会只加载自己对应的引用资产。

Reference

• https://mp.weixin.qq.com/s/h3owu_iscj0nSVHaxnXIzA