VR游戏对CPU性能的要求分析

　　导语：伴随着全新VR体验所带来的双目渲染、高分辨率和低延时等要求，对CPU和GPU都造成了极大的计算压力，一旦VR应用出现性能问题，非常容易造成用户眩晕并带来极差的用户体验，因此性能问题对于VR体验的好坏格外重要。本文将集中介绍VR需要高计算量的原因， 以及分享如何利用工具查找VR应用的性能问题和CPU瓶颈所在。

　　自从三大头显厂商Oculus、HTC和Sony在2016年发布了虚拟现实（VR）头显产品后，由于能够带来卓越的沉浸式体验，VR越来越受到市场的关注和重视，而VR也被认为会取代智能手机成为下一代的计算平台。然而，尽管虚拟现实能给用户带来身临其境般的沉浸式体验，但相比传统应用，其具有双目渲染、低延迟、高分辨率以及高帧率等严苛要求，因此极大地增加了CPU和GPU的计算负载。鉴于此，性能问题对于虚拟现实应用尤为重要，因为VR体验如果没有经过优化，容易出现掉帧等问题，让用户使用时发生眩晕的情况。在本文中，我们将介绍一种适用于所有游戏引擎及虚拟现实运行时（VR runtime）的通用分析方法，分析基于PC的VR游戏面临的性能问题。我们以腾讯的一款PCVR游戏《猎影计划》为例展示如何利用这套方法进行分析。在此之前我们先来了解一下VR游戏对性能要求较传统游戏高的四大原因。

　　VR游戏和传统游戏在硬件性能需求上的区别

　　相较于传统游戏，VR游戏由于存在高帧率、双目渲染及容易产生眩晕等特性，导致对于硬件计算能力的需求显著上升。下面从四个方面比较一下VR游戏和传统游戏的区别：

　　像素填充率

　　以一个1080p 60fps游戏为例，像素填充率为124Mpixels/sec。如果是支持高端VR头盔（Oculus Rift、HTC Vive）的游戏，像素填充率为233Mpixels/sec（分辨率2160x1200，帧率90fps）。但是中间需要一个较大的渲染目标，避免图像经过反形变校正后产生用户可见并且没被渲染到的区域，导致视角（FOV）降低。根据SteamVR的建议，需要放大的比率为1.4倍，所以实际的像素填充率为457M pixels/sec（分辨率3024x1680，帧率90fps），我们可以通过stencil mesh把最终不会被用户看到的区域剔除掉以减少需要渲染的像素，经过优化后的像素填充率为378M pixels/sec，但仍然是传统1080p 60fps游戏的3倍像素填充率。

　　双目渲染

　　从游戏渲染管线的角度来看，传统游戏中每一帧的渲染流程大致如下，其中蓝色的部分是CPU的工作，绿色的部分是GPU的工作。但由于视差的关系，VR游戏需要对左右眼看到的画面分别渲染不同的图像，所以下面的渲染管线也要对左右眼各做一次，从而增加了计算需求（在VR中两眼的视差较小，可以利用GBuffer或提交渲染指令后用view matrix变换等方法降低实际计算）。

　　图1 传统游戏渲染流程