概要

本文介紹使用 Unreal Insight 進行優化負荷調查的流程，以及如何使用 C++ 實現非同步加載（預先讀取）以防止在遊戲內使用 LoadSynchronous() 同步加載素材時發生的停頓。關於 Blueprint 的非同步加載，請參考下面的參考連結。

環境

• Rider 2024.2.6
• Unreal Engine 5.4
• Windows 11 Pro

參考資料

• 官方文檔 Asynchronous Asset Loading

• [UE4] Asset Manager 的素材非同步加載功能 第一部分 (非同步加載的解釋及關卡的預讀)

• Maximizing Your Game's Performance in Unreal Engine | Unreal Fest 2022

  • 特別是 22:40 到 28:15 之間提供了有關非同步加載的信息，在 27:33 介紹了使用 Blueprint 進行非同步加載（AsyncLoad）的實現方法。

• [UE5] 嘗試使用 Unreal Insights

• Unreal Insights

• Game engines and shader stuttering: Unreal Engine's solution to the problem

• Setting up PSO Precaching & Bundled PSOs for Unreal Engine

• PSO Precaching

本文

使用 Unreal Insight 進行優化的負荷調查

Unreal Insights 是什麼？
Unreal Insights 是一個用於分析 Unreal Engine 中性能和內存使用情況的工具。官方文檔在這裡: https://dev.epicgames.com/documentation/en-us/unreal-engine/unreal-insights-in-unreal-engine

使用方法
有關詳細的使用方法，請參考 [UE5] 嘗試使用 Unreal Insights。

進行優化調查時，理想情況下應使用目標平台的Package版本，而非普通的 PIE（在編輯器中播放）模式。因為在 PIE 模式下，預先加載的緩存和背景操作會影響，導致難以進行準確的負荷測量。

這次我們將在接近Package版本的 Standalone Game 中進行調查。

如何啟動 Standalone Game

如下面的圖片所示，從 UE 編輯器啟動 Standalone Game。

如果在遊玩過程中發生了卡頓，可以使用以下命令。

stat unitgraph

「stat UnitGraph」命令是用來可視化遊戲處理負荷的工具，以圖表的形式顯示。這樣一來，在發生停頓的時候，圖表上會出現明顯的尖峰，能夠清楚地識別問題所在。

與許多人常用的「stat Unit」或「stat fps」不同，「stat UnitGraph」能夠記錄短暫的停頓，較少漏掉。

執行後會顯示如下圖表。左下角顯示負荷圖，右上角顯示具體數據。若以 60fps 為目標，理想的情況下幀時間應保持在16.6ms以下。

接下來，我們將使用 Unreal Insights 進行實際測量。

trace.start 和 trace.stop

要開始使用 Unreal Insights 進行測量，請執行 trace.start 命令。測量完成後，使用 trace.stop 結束。

處理負荷測量結果

如下面的視頻所示，確認到卡頓的發生。

當重處理執行時，圖表上會顯示出明顯的變化。

遊戲: 58.26ms
可以看到遊戲線程耗時 58.26ms。

接下來，我們也來檢查一下 Unreal Insights 的測量結果。

如何打開 Trace

打開 Trace 數據後，會顯示如下結果。

在這個結果中，值得關注的是綠色條所示的

LoadObject (154.7ms) - /Game/Main/InGame/VFX/Niagara/NS_DizzyStar.NS_DizzyStar

這裡顯示了 Niagara 效果的加載過程對系統造成了很大的負擔。

尤其是在 Niagara 的初次載入或初次生成時，可能會因為着色器編譯而導致卡頓現象。

為了解決著色器編譯造成的卡頓問題，UE 5.3 引入了 PSO Precaching，這可能是有效的解決方案。 這次不會深入討論PSO，有興趣的請參考下面鏈接。

遊戲引擎與著色器卡頓：Unreal Engine 的解決方案

在 Unreal Engine 中設置 PSO Precaching與Bundled PSO

PSO 預快取

這次我會解釋初次載入時出現卡頓的原因，不過如果是初次生成時出現卡頓的情況，可以通過事前（例如在黑屏過場等）在看不見的地方進行一次生成來解決。

在Package版本中，這種停頓只會在安裝後的第一次發生。
而在 UE 中，則僅在 UE 啟動後的第一次會發生。

如果想要重現停頓，則需要重啟 Unreal Engine 或刪除並重新安裝包。

這是造成問題的 Niagara 效果。

查看 C++ 代碼後，加載過程如下所示。

PlayerCharacter.h
1public:
2    //...
3	UPROPERTY(EditAnywhere, BlueprintReadWrite)
4	TSoftObjectPtr<UNiagaraSystem> DizzyEffectAsset;
5    //...

PlayerCharacter.cpp
1void APlayerCharacter::StartDizzy()
2{
3	if (IsDizzy)
4	{
5		return;
6	}
7	CharacterMovementComponent->MaxWalkSpeed = DizzySpeed;
8
9
10	IsDizzy = true;
11
12	UNiagaraSystem* DizzyEffectSystem = DizzyEffectAsset.LoadSynchronous();
13	if (!IsValid(DizzyEffectSystem))
14	{
15		UE_LOG(LogTemp, Error, TEXT("DizzyEffectSystem is null, Function name: %s"), *FString(__FUNCTION__));
16	}
17	DizzyEffect = UNiagaraFunctionLibrary::SpawnSystemAttached(DizzyEffectSystem, SceneComponent, NAME_None,
18	                                                           DizzyEffectOffset, FRotator::ZeroRotator,
19	                                                           EAttachLocation::KeepRelativeOffset, true);
20
21	if (!IsValid(DizzySoundAsset))
22	{
23		UE_LOG(LogTemp, Error, TEXT("DizzySound is null, Function name: %s"), *FString(__FUNCTION__));
24	}
25	else
26	{
27		DizzySound = UGameplayStatics::SpawnSoundAtLocation(GetWorld(), DizzySoundAsset, GetActorLocation());
28	}
29	GetWorldTimerManager().SetTimer(DizzyTimerHandle, this, &APlayerCharacter::EndDizzy, DizzyDuration, false);
30}

在即將生成特效之前，使用 LoadSynchronous() 同步載入特效素材是造成卡頓 的原因。

LoadSynchronous()（同步載入）會等待載入完成（停止其他處理）。這使得玩家會感覺到卡頓。

UE 官方建議使用非同步載入。

參考影片: Maximizing Your Game's Performance in Unreal Engine | Unreal Fest 2022

影片從 22:40 到 28:15。

27:33 時展示了如何在 Blueprint 中實現非同步載入（AsyncLoad）。

TSoftObjectPtr<UNiagaraSystem> DizzyEffectAsset
特效素材在玩家BP裏持有。

調查結果： 原因是生成特效之前的 LoadSynchronous()。

實現非同步載入（AsyncLoad）

為了解決由同步載入造成的卡頓，我們會在遊戲開始時提前以非同步方式載入素材（預讀）。

非同步載入可能需要時間，所以如果確保載入的時間，生成素材的時候可能來不及。

接下來，我們將在 C++ 中創建一個用於非同步載入的函數。

PlayerCharacter.h
1protected:
2	void OnDizzyEffectLoaded();
3	void LoadDizzyEffectAsset();

PlayerCharacter.cpp
1void APlayerCharacter::BeginPlay()
2{
3	Super::BeginPlay();
4	LoadDizzyEffectAsset();
5}
6
7void APlayerCharacter::LoadDizzyEffectAsset()
8{
9	UE_LOG(LogTemp, Log, TEXT("DizzyEffectAsset requeset load"));
10	UAssetManager::Get().GetStreamableManager().RequestAsyncLoad(DizzyEffectAsset.ToSoftObjectPath(),
11	                                                             FStreamableDelegate::CreateUObject(
12		                                                             this, &APlayerCharacter::OnDizzyEffectLoaded));
13}
14
15void APlayerCharacter::OnDizzyEffectLoaded()
16{
17	UE_LOG(LogTemp, Log, TEXT("DizzyEffectLoaded"));
18
19	if (IsValid(DizzyEffectAsset.Get()))
20	{
21		UE_LOG(LogTemp, Log, TEXT("DizzyEffectAsset is valid"));
22	}
23	else
24	{
25		UE_LOG(LogTemp, Error, TEXT("DizzyEffectAsset is null, Function name: %s"), *FString(__FUNCTION__));
26	}
27}

接著，將素材的同步加載替換為 Get()。

PlayerCharacter.cpp
1void APlayerCharacter::StartDizzy()
2{
3	if (IsDizzy)
4	{
5		return;
6	}
7	CharacterMovementComponent->MaxWalkSpeed = DizzySpeed;
8
9
10	IsDizzy = true;
11
12	UNiagaraSystem* DizzyEffectSystem = DizzyEffectAsset.Get();
13	if (!IsValid(DizzyEffectSystem))
14	{
15		UE_LOG(LogTemp, Error, TEXT("DizzyEffectSystem is null, Function name: %s"), *FString(__FUNCTION__));
16	}
17	DizzyEffect = UNiagaraFunctionLibrary::SpawnSystemAttached(DizzyEffectSystem, SceneComponent, NAME_None,
18	                                                           DizzyEffectOffset, FRotator::ZeroRotator,
19	                                                           EAttachLocation::KeepRelativeOffset, true);
20
21	if (!IsValid(DizzySoundAsset))
22	{
23		UE_LOG(LogTemp, Error, TEXT("DizzySound is null, Function name: %s"), *FString(__FUNCTION__));
24	}
25	else
26	{
27		DizzySound = UGameplayStatics::SpawnSoundAtLocation(GetWorld(), DizzySoundAsset, GetActorLocation());
28	}
29	GetWorldTimerManager().SetTimer(DizzyTimerHandle, this, &APlayerCharacter::EndDizzy, DizzyDuration, false);
30}

這樣非同步載入的實現就完成了。
接下來，我們在 Standalone 遊戲中進行確認。

如果Log顯示 DizzyEffectAsset is valid，則可以確認素材的非同步載入（AsyncLoad）已成功。

結果

使用「stat UnitGraph」命令的結果顯示，圖表上的尖峰消失，卡頓問題得以解決。

總結

調查流程

• 卡頓的檢測：使用「stat unitgraph」命令將遊戲中發生的卡頓圖形化，並確定重負載發生的位置。
• Unreal Insight 的測量：為了調查卡頓發生時的詳細負載，使用 trace.start 和 trace.stop 命令收集追蹤數據，確認負載的來源。

問題的確定

• 特效的素材（Niagara 特效）因同步載入 LoadSynchronous() 而被載入，因此在載入完成之前，其他處理會被停止，導致卡頓的發生。

非同步載入的實現

• 為了避免卡頓，使用 TSoftObjectPtr 在遊戲開始時將特效非同步載入。這樣，玩家在使用特效之前，素材已經載入完成，從而避免卡頓。

結果

非同步載入的實現成功解決了卡頓問題，遊戲的流暢度得到了確認。通過使用非同步載入，我們提升了遊戲性能，改善了玩家的體驗。