《偶像大师MLTD》为何效果惊艳？项目主程分享13人演出的实现与优化方案 / 四六文摘

又一次技术突破。葡萄君在此前的文章中，已经对《偶像大师MLTD》（后文简称MLTD）这款本身，以及它的运营技巧进行了非常详尽的报道。MLTD的优秀之处在于，它依靠系列作品12年的内容、技术积累，在移动端表现出了精致的舞台演出效果。

只不过，早期MLTD能够支持同台演出的最大人数，只有5人。对于即时演算的舞台效果而言，要保证足够的表现力，必须融入足够多的光效、动画，以及大量渲染处理，最关键的，就是展现出足够到位的舞台细节，来烘托人物动作、服装风格、词曲表达，乃至整个的舞台氛围。

对于移动端的设备来说，要承载这样的表现，已经比较吃力了。而MLTD在今年又实现了一次技术上的突破，仅用了不到三个月的时间，就将可同台演出人数扩展到了13人，让玩家体验到了13位成员的完整组合，在手机的画面中演出同一首歌曲的精彩场景。

在上个月，Unity在日本举办了“Unite Tokyo 2018”技术分享大会，期间《偶像大师MLTD》开发团队，万代南梦宫工作室的主程序池田早人、程序员加藤政树分享了他们的制作经验，以及遇到各种优化问题时的解决方案。下文部分内容来源于日媒SGI的报道，由于缺少细节，游戏葡萄根据原PPT添加补充说明，可能存在一定程度上不准确的描述。

项目组很幽默地将支撑整个游戏内容的制作流程，用游戏中的角色茜（AKANE）来命名池田于1996年以硬件工程师的身份加入南梦宫，作为客户端工程师的负责人，主要负责进度管理和版本管理等。

万代南梦宫的主程序池田早人（右）、程序员加藤政树（左）MLTD这款游戏与2017年6月上线，以偶像大师系列最早的舞台765事务所为起点，来表现765 MILLION ALLSTARS的偶像们从事的偶像事业。游戏主要玩法为音乐舞蹈，玩家需要指导这些偶像，通过演出、工作、剧场对话等方式，来推动游戏的进展以及加深与偶像的交流，体验角色、故事、世界观背后的乐趣。

在游戏中核心玩法演出的部分，在不同时期有不同程度的迭代。刚上线的时候，游戏可以支持5名偶像同台演出；偶像角色的站位、服装可以随意调整；在特殊的曲目中，5名偶像还可以按照独立的舞步进行演出；部分歌曲支持51名偶像独立演唱；在演出中还会加入特殊的特效展示环节（继承自主机的传统）。在运营的过程中，游戏逐渐追加了支持4人、3人、2人演出的功能；支持了52名角色独立演唱同首曲目的功能（角色琴叶回归）；在演出中偶像可以变身了（瞬间换演出服）。最近一次大型的功能迭代，就是支持了13名角色同台演出。

MLTD中，每名角色建模都由10000个面构成，服装材料是一张1024×1024的贴图，表情则使用了BendShape功能来制作。

每个演出场景建模都由15000面构成，其中10000面是基础的舞台建筑，剩下5000面则用来支撑特效演出相关的内容。舞台材质使用了两张1024x1024的贴图，为了降低消耗，观众席上的投射灯只用了1个Mesh来表现。

后期处理采用了景深、Bloom、Blur等效果，在处理光晕（Flare）效果时，由于Unity的高画质效果对手机的负载很高，所以项目组使用了自己编写的优化Shader，灵活运用中间Buffer来节约内存。游戏整体的解析度以720为基准，在iPad等设备上，则调整到960x720。对于GPU性能比较低的设备，游戏也设置了低解析度的模式，但这种情况下锯齿会比较明显，所以可以尝试MSAA处理。尽管这种处理会稍微提高负载，但在绘制面积比较多的场景里，低解析度带来负面效果更多，所以这种做法还是可取的。

在制作演出部分的时候，项目组采用了Timing Sheet工具（舞台事件工具），其实就是Timeline工具。工具分为两类，一种用来制作舞台演出，另一种用来制作运镜效果。这个工具是在家用机采用的工具基础上，在Unity中重新制作的。这套工具，可以将镜头、角色位置、角色表情、舞台演出、舞台灯光动作等所有的数据整合起来，进行自主编排。这套工具也在随着设计和画师的需求不断优化。

在分唱（对应角色声优的个性化演唱）功能上，根据成员站位的不同，游戏中准备了不同的演唱部分。这套功能在主机板偶像大师中就有了，要实现它，必须收录每个偶像的声优演唱音频。在手游版本中，因为有52名角色，所以按照不同的排列组合，5个人的演出队伍，就可以组合出约3.1亿种不同的演唱效果。按照1首曲子2分半的时长，把所有不同版本的歌听完，差不多要花掉465亿秒，也就是538194天，相当于1474年。音频使用了CRI的ADX2格式，通过采用多个通道，以及静音功能，来实现分唱的效果。分唱的数据也由前文提到的舞台演出工具来管理。

从开始开发，到2016年4月，团队主要在尝试制作通过程序和技术美术来表现3D演出的效果；随后的两个月，逐步完成了α1版本的制作，包含标题界面，到剧场场景，到故事功能，再到演出的整个主要流程。从6月到11月的期间，加入了游戏需要的全套外围系统。这次演讲最重点的优化环节，是从2016年11月到2017年7月的这段时间，也就是游戏上架前的5个月。随后就是资源打包，服务器建立，以及整体评测等工作。在上架前的3天，升级了Unity的版本，在应用商店中提交了游戏，紧接着就开服了。

在开发的时候，很容易遇到一些必须设法优化的问题。刚开始，MLTD只考虑了能不能在iPhone的最新机型上流畅运行，结果，在iPhone5s、安卓等机型上，游戏卡得完全玩不了。于是项目组在开发团队之外，建立了一个独立运作的优化团队，来保证游戏能在安卓上流畅运行，他们将优化项目称为“AKANE大作战”。顺便一提，AKANE大作战的命名，是来源于“安卓-高速化-与-自定义化”的日文读音首字母。

图中角色就是茜（日文读作AKANE）整个优化分为四个主要部分：1、重审项目设定；2、3D绘制的高速化，提高CPU和GPU的效率；3、2D绘制的高速化，从画布（Canvas）转向图像拼合（Sprite），判断是否存在无效的透明绘图，集成图片（Atlas）；4、防卡顿，不做垃圾数据回收（GC），更不能让它出现。

所需要达成的目标也有四项：首先要减少SetPassCall（DrawCall）。其次要减少GPU负载，包括集成贴图、整合Index Buffer、削减材质、调整绘制顺序。接下来要减少CPU负载，提高摆动物件的计算速度，线程化，合理分配CPU运算量。最后是优化内存，寻找不用做垃圾数据回收的方法。最终目的是让游戏FPS平均稳定在60左右，这意味着16.6666毫秒内要完成所有的运算处理。

在Profile方面，他们在保证不降低视觉品质的基础上做了很多优化。首先，有关CPU的优化方案可以在UnityProfiler中看到。其次，针对GPU做优化的时候，项目组使用了Qualcomm提供的Sanpdragon Profiler。第三，很重要的一点是整合测试环境，提供数值化比较的方案。因为盲目地采用一些优化方案，也没法测出实际效果的好坏，所以就算是很麻烦，也要在有变动的地方做好配置，通过数值来比较效果。从实际情况来看，有些时候做了很大的变动效果其实并不好，相反，有些时候只做了很小的改动却带来非常大的影响，所以监控数据测试环境是非常重要的。最后，理解不同设备的适配情况也很重要，除了设备本身的差异，尤其要注意的是一些日本手机在发热后会启动降频保护。因此很多时候，一些优化方案并不能达到想要的效果。

项目组在实现方案和测试的时候，按照如下流程来进行：将优化方案按照优先度排序→实际添加功能→生成和测量→提供更好的方案。在开发界面，为了更方便测试，项目组设计了随时可以开关优化项目的功能，这对于视觉美术人员来说，也更便于测试。另外他们用了对程序负载最大的五名角色来进行测试。

从引擎的角度来说，也存在很多可以优化和没法优化的方面，比如项目组趁早放弃了多线程化。对于短期内没办法实现的方案，他们的选择就是不做，一方面Unity迟早会推出新的应对功能，等待也是一种方法。另外，活用Unity本身的演讲资料、培训资料也很重要，还有Unity Forum、UnityIssue Tracker等等。需要注意的是，游戏发布之后再进行程序版本升级，会遇到很多难点，必须非常慎重，所以开发的时候尽可能要用最新版的引擎。

在游戏发布之后，MLTD的优化工作也没有停下。比如持续改进演出效果、整合材质、舞台演出轻量化、通过安装独立的动画系统来削减处理负载和数据量、减少GC等。因为游戏后续逐渐上线了新的功能，所以优化团队定期都会执行Profile流程。

基于以上的一套优化流程，MLTD最重大的一个功能“13人LIVE”才得以迅速实现。在2017年底的时候，制作人提出了“能不能让五名以上的角色同台演出”的问题，于是项目组开始尝试制作。但实际上在压力测试的时候，项目组已经采用了超过5人的功能模式，所以这块的功能是验证过可以实现的。在他们只做了15人演出的测试功能后，发现居然能顺畅的运行，于是最终只花了3个月不到的时间，优化成了13人同台演出的完成版。其实在优化过程中，优化团队并没有针对13人模式去实行专用的内存优化、负载优化方案，这得益于他们在整个优化过程中，对系统平衡性进行持续调整的积累。

总结来看，有五个关键点。第一，优化是积累的过程，在优化之前要明确工程量。第二，Profile非常重要。第三，优化效果的可视化非常重要。第四，必须建立起可持续推出并实现优化方案的工作流程。第五，积少成多，不论多么琐碎的事，最终都会展现出极大的成果。

具体再看详细的优化案例。在角色DrawCall的优化方面，先决条件是保证不改变角色的外观，同时不重新制作资源。

从优化的结果来看，经过对Sub Mesh的整合，一个角色建模的DrawCall数量从25降低到了17。通过Command Buffer这项功能，可以实现对模型绘制的细节调控。

MLTD中，角色的模型分为头部和身体。制作中需要着重刻画身形、服装、夜光饰片、皮肤、色彩等方面，可以通过腕饰、项链等小饰品展现出角色的特征。Shader方面，项目组用一条通道来展现角色的建模，用另一条来展现轮廓线。轮廓线的绘制需要注意几点，一是绘制翻转多边形，二是让顶点Shader扩大，三是采用与模型共通的Mesh。

制作中遇到了不小的困难，项目组希望把DrawCall都整合起来，但是这样就很难一次囊括进所有独立的Sub Mesh。

所以它们采用了分类处理的方式，按照模型、Mesh、Sub Mesh的三大类，对头部、身体的建模进行了划分。对于头部而言，Mesh需要包含头发、头颅、头饰三个部分，然后省略Sub Mesh的内容。对于身体而言，Mesh即是整个躯体，Sub Mesh则包含了服装、领口和裙摆、手、腕饰等。对于所有归类到Mesh的资源，都要注意定点构造的区别，而对于Sub Mesh中的资源，则更需要注意材质的差异。

通常，在绘制建模的时候，最关键的几个部分是顶点Buffer、Index Buffer、材质。

在制作时，Sub Mesh的部分需要用Index Buffer来处理，而不用在顶点Buffer上处理。

从这里延伸出来一个点，如果游戏后期需要加入新的Index Buffer用来处理轮廓线、材质等Sub Mesh，那么加入后的内容依然能与整体的建模绘制并行使用。

他们在后续的尝试中也验证了这种做法的可行性，只不过，仅追加Sub Mesh是没用的，还需要扩充材质的排序，加入只有轮廓线的材质。

下面是追加SubMesh的代码：

下面是追加材质的代码：

下面是项目组对Unity内置环境的理解：

整个优化的结果是DrawCall数从25降低到17，尽管看起来减少的并不多，但从游戏变化来看，从5人演出到13人演出，实际上已经实现了非常大的突破。更重要的是，画面品质没有下降、资源也没有重做、上线节点也赶上了。

包括UI在内，优化前后的DrawCall数则是从44降低到36，少了8个。

项目组还表示，尽管他们目前还没有在正式版中实际运用材质LOD、COmmand Buffer的等功能，但实际上他们也找到了能够更加细致地整理角色建模绘制的方法。在材质的LOD方面，他们选择在镜头较远的时候，将衣服和裙摆等资源优化成一个DrawCall，而在近距离的时候就展现出所有的细节。

LOD最重要的一点，是对Sub Mesh资源可见性的调控。比如反射效果会在衣领、裙摆这个材质上实现的，High LOD模式下，需要将全部特效显示出来。而在Low LOD模式下，由于衣领裙摆和服装被绑定成一个Sub Mesh，所以就失去了这个效果。不过对于远距离的单位，反射的视觉效果并不明显，因此进行LOD也是可行的。