如何测试、分析HTC Vive、Oculus Rift的VR游戏性能

小编刘卫华 | 分类：快讯 / 教程 | 发布日期 2018年5月16日

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文章相关引用及参考：venturebeat

我们将探索VR游戏与传统游戏在性能要求方面的不同点

（映维网 2018年05月16日）在处理能力和用户体验方面，虚拟现实系统主要分为三种类型：高质，主流和入门。高质VR表示高端VR，并且包括市场上搭载高配置的产品，高性能PC或游戏主机。支持高质VR的主要VR外设是HTC Vive，Oculus Rift和索尼 PSVR。

主流VR的硬件性能可能不及高质VR，但仍然使用PC处理器进行VR运算。入门级VR则包含Gear VR和谷歌 Cardboard等移动VR设备，以及把手机芯片作为计算设备的VR眼镜和一体机。

本文描述了通过HTC Vive和Oculus Rift测试与分析VR游戏的方法。与传统PC游戏相比，VR游戏在设计，输入模式和性能要求方面有所不同。本文不涉及游戏玩法和输入。相反，我们将探索VR游戏与传统游戏在性能要求方面的不同点。

每秒处理的像素大小是衡量VR体验的重要指标。目前HTC Vive和Oculus Rift CV1的屏幕分辨率是2160×1200，因此在进行实际渲染时，我们需要更多采样来抵消由镜头畸变引起的分辨率损失。对于HTC Vive和Oculus Rift CV1，这一损失高达140％。VR处理的像素大小达到了惊人的4.57亿每秒。

性能测试与分析是VR游戏的重要组成部分。这些任务有助于实现所需的要求，并且确保充分利用所有的CPU和GPU处理能力。在测试之前，Oculus需要关闭异步空间扭曲（ASW），SteamVR则要关闭异步二次投影，这样VR运行时补偿干预将不会影响背后的性能分析。

如要禁用ASW，请在Oculus SDK中依次打开Program Files\Oculus\Support\oculus-diagnostics\OculusDebugTool.exe，然后运行OculusDebugTool.exe。

图1：异步空间扭曲配置

如要在SteamVR中禁用二次投影功能，请使用Settings/Performance（设置/性能）。

图2：SteamVR配置

1. 工具

软件工具在测试与分析VR游戏中扮演着重要角色。所涉及的主要工具包括Fraps，游戏加加，Unreal的控制台命令，Windows Assessment and Deployment Kit（ADK），SteamVR帧定时，以及英特尔的图形性能分析器。

1.1 Fraps FPS（帧每秒）计数器

Fraps FPS（帧/秒）计数器是一种传统的测试与帧时工具，开发者可以利用它来测试一段时间内的最大帧速率，最小帧速率和平均帧速率。最终结果可以轻松导入至Excel，并且生成相应的图表。如下图所示，我们可以看到帧速率在整个过程中的变化是否平滑。另外，Fraps可支持你方便地截取屏幕截图，然后用于各种报告目的。

图3：（顶部）随时间变化的帧速率；（底部）最大帧速率，最小帧速率和平均帧速率。

图3的底部说明了Fraps随时间推移而产生的最大帧速率，最小帧速率和平均帧速率。

如数据显示，这款VR游戏中的帧率在大部分时间都很低，仅为45FPS，不符合HTC的要求。对于这种性能表现，玩家会遭遇不适，甚至是晕动症（为了防止用户产生不适或晕动症，体验要求达到90 FPS的稳定帧速率）。这时，我们可以使用Windows ADK中的GPUVIEW来确定问题是来自于GPU，还是说CPU。

1.2 游戏加加

虽然Fraps是免费共享软件，但它已经有很长时间没有更新。游戏加加是一款类似的基准工具。在运行该实用程序时，工具窗口会自动显示在游戏窗口的顶部，其信息包括FPS，CPU温度，图形占用率，CPU，显卡和内存使用情况等等。Fraps的另一个缺点是它不能用于测试DirectX 12游戏，但你可以使用另一个工具PresentMon来采集FPS数据。

图4：游戏加加的实时数据显示界面

顶部的工具窗口提供对正在运行的游戏及其性能的实时监控。但Fraps和游戏加加都是为传统游戏设计，只能在显示器上显示数据。

1.3 Unreal引擎工具

佩戴VR头显的玩家无法看到显示器上的信息，如果想看到实时性能数据，我们有两种选择：

1.如果游戏基于Unreal引擎，请使用stat fps控制台命令。

2.使用SteamVR帧定时方法，这可以帮助你在头显和显示器上看到实时性能数据。SteamVR帧时间设置请访问Valve官网（点击前往）

图5显示了SteamVR帧定时数据。

图5：头显显示器中的丢失帧。

如图5所示，当游戏场景帧出现丢帧时，头显将显示一个“Missed Frames（丢帧）”框。红条密度越高，出现丢帧的频率越高。

图6：PC上运行的CPU和GPU。

图6显示了更详细的数据。在数据读出方面，蓝色表示GPU渲染时间，而茶色则代表了GPU空闲时间。

如图6所示，某些帧的GPU渲染时间超过了11.11毫秒，这将错过Vsync（垂直同步）的时间并导致丢帧。这些帧无法达到90 FPS。借助这个SteamVR帧定时工具，我们可以知道更多关于GPU Bound（限制）的信息，但它无法确定CPU渲染线程是否没有及时传递渲染命令，从而导致GPU冒泡（bubble）或者GPU渲染时间过长。

1.4 Unity Engine的控制台命令工具

如果游戏是通过UE4引擎开发，而且属于开发版本（非发行版本），我们就可以使用Unity的控制台命令工具来浏览游戏的实时性能数据。

你可以按下“〜键（键盘左上角）”来显示命令行窗口。以下是一些常用的控制台命令：

Stat FPS：显示每帧的FPS和帧时间。这个命令很容易在VR中使用，因为帧速率显示在VR头显上，测试人员可以方便地观察游戏的实时性能。

Stat Unit：显示游戏中每帧的总时间，游戏逻辑线程消耗的时间，游戏渲染线程时间消耗，以及GPU时间消耗。一般来说，如果一个帧的时间消耗接近于逻辑线程的时间消耗，瓶颈限制位于逻辑线程；但如果一个帧的时间消耗接近渲染线程时间，则瓶颈限制在于渲染线程。如果两个时间都接近GPU时间，瓶颈限制就与显卡有关。

图7：Stat Unit命令的截图。

Stat SceneRendering：显示游戏渲染线程中的各种参数值（参见图8）。

图8：Stat SceneRendering命令的截图。

Stat Game：游戏逻辑线程上运行的参数值实时视图，如人工智能和内存分配等等（参见图9）。

图9：Stat Game命令的截图。

Stat GPU：实时显示每帧中的GPU主渲染内容的时间参数（参见图10）。

图10：Stat GPU命令截图

Stat InitViews：显示剔除需要的时间和效率数据（参见图11）。

图11：Stat InitViews命令的截图。

Stat LightRendering：显示照明和着色所需的渲染时间（参见图12）。

图12：Stat LightRendering命令的截图。

其他命令（如Stat A和Stat）可以从Unreal官方网页中引用：

1.5 GPUVIEW工具

我们可以使用Windows ADK中的GPUVIEW和Windows性能分析器（WPA）来执行进一步的分析。

在上述命令中，Stat Unit初步说明了帧是GPU Bound还是CPU Bound。有时结果不够准确，例如当CPU的一个线程造成一个GPU帧中间冒泡（bubble）。如果发生这种情况，在Stat Unit命令中看到的GPU渲染时间实际上属于实时渲染时间和冒泡时间的扩展。在这种情况下，我们需要GPUVIEW和WPA进行分析。

如图13所示，每个帧中间都有一个2毫秒的冒泡，因此GPU不能正常工作。最初的帧渲染时间小于11毫秒，但随着冒泡的渲染时间超过90 FPS所需的11.1毫秒，这导致下一帧丢失Vsync时间。结果则是出现了帧丢失。