前言

《乱世王者》是由腾讯天美工作室出品的一款战争策略手游，2017 年 8 月开启测试，数天之内便取得了 App Store 中国区畅销榜前三的成绩，充分体现了市场、玩家对于这款游戏的认可。

游戏介绍

在尊重和传承经典 SLG 玩法的前提下，游戏做出了不少突破：游戏构建了一个大世界，为玩家呈现更加真实、热点的游戏环境和生态；游戏融入了极具乐趣的养成模式，使得游戏策略性更强；游戏内加入了如 AR 寻宝玩法、 自定义头像等酷炫新玩法。

作者介绍

来自腾讯的游戏高级工程师肖程祺受邀作客 Cocos 技术派，他将分享《乱世王者》的深度优化方案，包括《乱世王者》项目中地形处理和优化思路，深入讲解游戏针对纹理内存优化的解决方案，并分享项目对 Cocos 引擎渲染层所做的一些优化。

《乱世王者》深度优化方案分享

腾讯 肖程祺

深度优化方案

《乱世王者》是基于 Cocos2d-x 开发的一款战争策略类游戏，需要在游戏玩法创新的同时，在美术品质和性能方面也做出突破。

一、SLG 地图的微创新和优化

美术上想要增加细节表现力，让地形的细节更加丰富，同时需要增加 3D 透视的感觉。

实现成果：

1、丰富的细节

地形细节丰富的代价：

• 资源量膨胀，地形纹理是原来的5倍。
• 地形类型新增：沙漠，雪地，每个地形的变化增加。

       tile 数量从 100 块左右提升到 500 多块。

      渲染压力提升，渲染层数从 2 层变 5 层，拖动地图的时候重新组织数据的开销增加。

面临的问题有：

• 内存增长：纹理扩大了 5 倍
• 地图层数增加后，加载和拖动地图更新的效率成倍降低
• 贴图数量增加后，需要自己去实现 batch

我们的优化方案：

（1）提升贴图的利用率，减少地图纹理的内存

重新排列 tile，贴图利用率从 50%提升到 85%

效果：

5 张贴图最终变成 3 张

（2）建立更高效的数据组织，提升加载效率

地图数据离线处理后，以 protobuff 的数据格式存储，并使用 zstd 无损压缩进行处理，加载速度和大小都得到保证。

（3）合并地图批次，减少不必要的顶点数据

每一层地图的都根据 TextureID 排序后绘制，由于顶点和 UV 数据已经存储在 VBO 里面，只需要根据裁剪结果修改 indexbuffer 即可。5 层一共 3 张贴图，意味着 drawcall 数量不会超过 15 个。

2、3D 透视关系效果   

 （1）处理3D透视关系

• 场景用 3D 相机绘制
• 地图上的物体“站”起来

所有物件绕x轴旋转至垂直于摄像机的fov中线的角度

（2）解决大物件的视角偏差

边缘位移：

对于皇城和虎牢关这种比较“宽大”建筑单位，在拖动大地图的过程中会出现边缘位移的现象，这个效果也是非常影响美术表现的。

我想到的解决方案是，将大的建筑单位拆分为多个部件，并对每个部件分别作 billboard 处理。

以皇城为例，考虑到部件之间的关联性，使用了如下的拆分方案，可以看到边缘位移问题得到了很好的解决。

（3）解决 3D 物体的透视带来的偏差

为了表现更加丰富的怪物细节以及更流畅的动画，美术希望直接在现有的场景中加入 3D 模型。由于我们改用了 3D 摄像机，同时大地图场景单位都是 2D 资源，加入 3D 模型后两者的透视效果不一致。

在透视相机下，左右移动相机透视问题严重

容易想到的解决方案：先将 3D 模型按照指定角度渲染到 RT 上，再将 RT 上的纹理和其他 2D 元素一样渲染到场景中。但是 Cocos2d-x 对多照相机和多渲染路径的支持不够友好，这种方案需要对引擎作比较大的改造，而且会增加更多的显存占用。

我们采用的是第二个方案：在每帧绘制 3D 模型前，计算出其缩放和位移，然后再使用正投影照相机参数绘制 3D 模型到屏幕。整个过程只需要一次绘制，没有额外的纹理占用，而且对引擎的改造也是最小的。

渲染 3D 物体前自己计算正交投影矩阵

上述这些效果提高了《乱世王者》大地图的美术品质，与同类 SLG 游戏对比，我们游戏获得了更多的关注。

二、纹理内存的深度优化

《乱世王者》内存中资源的大致占比为：

用 4 步搞定内存大户：纹理

• SmashTexture
• FontTexture
• 压缩纹理的优化
• Texture Pool

1、Smash Texture 

Smash Texture 解决的问题：

• UI 制作过程中需要使用 atlas 来尽可能合并渲染批次
• 因为使用 atlas 需要一套规范避免一个界面加载过多的 atlas（维护成本很高）
• 一旦出现一个元素多次重复出现且用到多张不同的纹理，需要额外的机制去避免 drawcall 爆炸般增加
• png 使用的 deflate 压缩率不算很高，安装包体积压力山大。有些人选择使用 jpg 等有损压缩来牺牲美术品质

（1）Smash Texture Pipeline

• 通过 tinypng 减色，增加压缩率（如果减色效果不好，则不做减色处理）

• 打包成合图后，供在编辑器中使用

•  转换成 smash  

drawcall的降低

未作任何其他改造的情况下，批量使用 smash texture 后，当前界面的 drawcall 从 64 降低到了35。

（2）减少 IO：Block Cache

• 加入 Cache 机制， 达到上限时使用 LRU 算法清理，每次清理固定数量
• 特定时机，清理 Cache，分帧清理，不卡顿
• 回收操作只需要回收分配信息，不需要对贴图显存操作，速度快

现网版本用户行为上报的 cache 命中率（75%左右）

（3）提升Smash Texture的使用率

原本 smash texture 里面的每一行是 32 像素统一高度，利用率比较低（比如说 36 像素高的图片，最后还会留下 6 像素左右的空间。填充到 32 像素高的 smash texture 行里会存在浪费），因此我们按照下图，重新划分了高度行，容纳更多的 UI 图元。

经过优化，smash texture 的使用率可以从 80%提升到 90%。

（4）总结 Smash Texture 的优缺点

优点：

• 内存峰值可控：所有使用 smash texture 的贴图共享一张纹理
• 增加了 UI 利用 dynamic batching 自动合批的概率
• 最大程度还原 UI 的品质
• 相对 PNG，他有着更小的文件尺寸(zstd 压缩)

缺点：

• 对于大型背景图不太适合，容易填满。背景图需要额外拆分。
• smash texture 目前只支持离线预处理，动态下载的图片还不支持。

2.文字系统的内存优化

• 用一张 2048x2048 大的 A8 格式纹理解决所有字体需求，当贴图不够用的时候尝试清理整张贴图。
• 不同的字号，字形，格式生成唯一的 key 在这张统一贴图中进行索引。 

提升贴图利用率：改良装箱算法

基于 maxrect 做优化，将纹理利用率提升到 95%+。

提升贴图利用率：减少字号数量

统计了文字的字号使用频率，根据字号分布，我们取了 5 个字号，其他字号向下取到最接近的预定义字号上，缩放后渲染，大于最大字号的时候则用最大字号放大后渲染。

3.压缩纹理

压缩纹理的一些痛点：

压缩纹理优化：

对于 1/2 方图的 atlas，分离 pvrtc 的 rgb 和 a 通道，合并成方图后，再压缩。

对于不符合 2 的 n 次幂的不规则的单图（背景图为主），通过计算出最小的 2 的 n 次幂包围尺寸，切分成多块来优化文件大小，解决 pvrtc 必须方图的不友好设定。

4.Texture Pool

• 把所有贴图统一管理生命周期
• 根据设备内存大小，分别设置贴图 GC 的阈值
• 当贴图使用量超过 GC 阈值的时候，根据引用计数释放没用到的纹理
• 添加运行时查看工具，运行时也可以查看不正确的贴图格式设定

内存管理的小结：

• 所有模块必须有上限，避免随着迭代内容不断增加而持续上升
• 避免浪费

三、解决 UI batch 的痛点

即便 Smash Texture，即便 Font 在一张纹理上，我们还是面临着一些 darwcall 明显可以优化的地方。

期望的渲染顺序：

通过 TriangleCommand 底层的 dynamic batching，自动合并批次。

Cocos2d-x的默认渲染顺序：

充分利用 TriangleCommand：

• 将所有 Cocos2d-x 默认的控件以及自定义控件都尽可能改造成 TriangleCommand 实现，使得支持 Dynamic Batching。
• CCProgressTimer
• LayerColor

利用 GlobalZ 来解决合批的问题：

• 对于 2D 元素，GlobalZ 的排序可以很好的让相同材质的物件进行 batch
• 所以我们可以离线设置好 GlobalZ（存储在csb里面）
• 根据遮挡关系和纹理自动计算
• 人工设置
• 自动递增

新的问题：

当 UI 有多层弹窗的时候，上下两层的控件由于 GlobalZ 都从 1 开始，所以会出问题。

改动最小的解决方案：

改动后的情况：

• 解决了多层 UI 层级问题
• 解决了同层 UI 利用 GlobalZ 能尽可能 Batch 到一起

结语

程祺：Cocos2d-x 使用上手难度比较低，实际使用项目也很多，在开发的过程中也存在一些普遍的性能和优化痛点，希望这次为大家带来的经验分享，能帮大家在优化的道路上走得更加顺利。我们的腾讯天美上海 T1 工作室正在招聘 Cocos2d-x开发，对游戏开发感兴趣且有 Cocos2d-x 使用经验的朋友，欢迎加入我们，简历投递邮箱：cloudxiao@tencent.com。

C 姐：非常感谢程祺带来的分享！并祝项目更加顺利！

C 姐：Cocos 引擎一路走来，收到了很多来自用户的宝贵建议，通过不断的优化和改进，在 Cocos Creator 中，上述许多性能问题都已得到解决。包括：

• 支持 Texture Packer 的 Polygon outline 裁剪，使用 Polygon outline 裁剪后的图集将对每个小图按透明区域精确裁剪为不规则的多边形，将达到类似 Smash Texture 节省图片空间的效果，对渲染性能也有一定提升。该功能无需在 Creator 中进行额外操作，导入图集后即可自动开启。
  
• 从 Cocos Creator 2.0.9 开始，支持将 Label 设为 CHAR 模式，即可实现类似的优化方案。能够以“字”为单位将文本缓存到全局共享的位图中，相同字体样式和字号的每个字符将在全局共享一份缓存。提升纹理利用率的同时，也大大提升了文本刷新时的性能。详见文档[文本缓存类型]
• 从 Cocos Creator 2.1 开始，集成了压缩纹理支持，编辑器可设置不同平台所需格式，构建时将会自动进行压缩，支持 etc/pvr 的 alpha 通道分离。详见文档[压缩纹理]
  
• 从 Cocos Creator 2.0 开始，默认会在原生和 Web 平台上启用动态合图，该功能支持运行时根据渲染的先后顺序动态对纹理进行合并，降低 drawcall，用户无需对 z 进行手动指定。当 Label 启用了 BITMAP 模式后，会同时进入合批。详见文档[动态合图]