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cocos2dx記憶體優化

紋理消耗了大量記憶體

在大部分情況下,是紋理(textures)消耗了遊戲程式大量的記憶體。因此,紋理是我們首要考慮優化的物件

紋理載入

cocos2d裡面紋理載入分為兩個階段:從圖片檔案中建立一個Image物件;以這個建立好的Image物件來建立Texture2D物件.載入紋理的檔案io操作和紋理建立都是耗時的,需要避免一幀之內載入大量圖片資源.因為不僅會導致卡頓還會導致記憶體過高.最好的方式是多執行緒載入即非同步載入.

使用JPG圖片?

cocos2d使用JPG紋理的時候有一個問題,因為JPG紋理在載入的時候,會實時地轉化為PNG格式的紋理,而且JPG紋理將消耗三倍於本身記憶體佔用大小的記憶體。jpg不論在載入速度和記憶體消耗方面都很差。所以,千萬不要大量使用JPG大圖.

重視檔案圖片大小

圖片檔案大小和紋理記憶體佔用是兩碼事,圖片檔案大多是壓縮過的,它們被使用的話必須先解壓縮,然後才能會GPU所處理,變成我們熟知的紋理。一個2048*2048的png圖片,採用32位顏色深度編碼,那麼它在磁碟上佔用空間只有2MB。但是,如果變成紋理,它將消耗16MB的記憶體!

使用16-bit紋理

最快速地減少紋理記憶體佔用的辦法就是把它們作為16位顏色深度的紋理來載入。cocos2d預設的紋理畫素格式是32位顏色深度。如果把顏色深度減半,那麼記憶體消耗也就可以減少一半。並且這還會帶來渲染效率的提升,大約提高10%。

你可以使用Texture2D物件的類方法setDefaultAlphaPixelFormat

來更改預設的紋理畫素格式,程式碼如下:

[Texture2D setDefaultAlphaPixelFormat:kCCTexture2DPixelFormat_RGB5A1];

這裡有個問題:首先,紋理畫素格式的改變會影響後面載入的所有紋理。因此,如果你想後面載入紋理使用不同的畫素格式的話,必須再呼叫此方法,並且重新設定一遍畫素格式。

其次,如果你的CCTexture2D設定的畫素格式與圖片本身的畫素格式不匹配的話,就會導致顯示嚴重失真。比如顏色不對,或者透明度不對等等。

有哪些比較有用的紋理畫素格式呢?

generate 32-bit textures: kCCTexture2DPixelFormat_RGBA8888 (default)
generate 16-bit textures: kCCTexture2DPixelFormat_RGBA4444
generate 16-bit textures: kCCTexture2DPixelFormat_RGB5A1
generate 16-bit textures: kCCTexture2DPixelFormat_RGB565 (no alpha)

RGBA8888是預設的格式。對於16位的紋理來說,使用RGB565可以獲得最佳顏色質量,因為16位全部用來顯示顏色:總共有65536總顏色值。但是,這裡有個缺點,除非圖片是矩形的,並且沒有透明畫素。所以RBG565格式比較適合背景圖片和一些矩形的使用者控制元件。

RGB5A1格式使用一位顏色來表示alpha通道,因此圖片可以擁有透明區域。只是,1位似乎有點不夠用,它只能表示32768種可用顏色值。而且圖片要麼只能全部是透明畫素,或者全部是不透明的畫素。因為一位的alpha通道的緣故,所以沒有中間值。但是你可以使用fade in/out動作來改變紋理的opacity屬性。

如果你的圖片包含有半透明的區域,那麼RBGA4444格式很有用。它允許每一個畫素值有127個alpha值,因此透明效率與RGBA8888格式的紋理差別不是很大。但是,由於顏色總量減少至4096,所以,RBGA4444是16點陣圖片格式裡面顏色質量最差的。

現在,你可以得到16位紋理的不足之處了:它由於顏色總量的減少,有一些圖片顯示起來可能會失真

使16位紋理看起來更棒

幸運的是,我們有TexturePacker.(簡稱TP)

TP有一個特性叫做“抖動”,它可以使得原本由於顏色數量減少而產生的失真問題得到改善。

特別是在擁有Retina顯示的畫素密度下,你幾乎看不出16位與32位的紋理之間的顯示差別。當然,前提是你需要採用“抖動”演算法。

使用NPOT紋理

NOPT是“non power of two”的縮寫,譯作“不是2的冪”。NPOT stands for “non power of two”.cocos2dx它預設是支援NPOT的。

如果紋理圖集(texture atlas)使用NPOT的紋理,它將有一個具大的優勢:它允許TP更好地壓縮紋理。因此,我們會更少地浪費紋理圖集的空白區域。而且,這樣的紋理在載入的時候,會少使用1%到49%左右的記憶體。而且你可以使用TP強制生成NPOT的紋理。(你只需要勾選“allow free size”即可)

預設使用PVR格式的紋理

TP讓你可以建立PVR格式的紋理。除了PVR紋理支援NPOT外,它們不僅可以不是2的冪,而且還可以不是方形的。

PVR是最靈活的紋理檔案格式。除了支援標準的未壓縮的RGB圖片格式外,不支援有失真壓縮的pvrtc格式。另外,未壓縮的pvr格式的紋理的記憶體消耗非常地低。不像png圖片那樣要消耗2倍於本身記憶體佔用大小的記憶體,pvr格式只需要消耗紋理本身記憶體大小再加上一點點處理該圖片格式的記憶體大小。

pvr格式的一個缺點就是,你不能在Mac上面開啟檢視。但是,如果你安裝了TP的話,就可以使用TP自帶的pvr圖片瀏覽器來瀏覽pvr格式的圖片了.

使用PVR格式的檔案幾乎沒有缺點。此外,它還可以極大地提高載入速度,後面我會解釋到。

使用pvr.ccz檔案格式

在三種可選用的pvr檔案格式中,優先選擇pvr.ccz格式。它是專門為cocos2d和TP設計的。在TP裡面,這是它生成的最小的pvr檔案。而且pvr.ccz格式比其它任何檔案格式的載入速度都要快

當在cocos2d裡面使用pvr格式的紋理時,只使用pvr.ccz格式,不要使用其它格式!因為它載入速度超快,而且載入的時候使用更少的記憶體!

當視覺察覺不出來的時候,可以考慮使用PVRTC壓縮

PVR紋理支援PVRTC紋理壓縮格式。它主要是採用的有失真壓縮。如果拿PVRTC圖片與JPG圖片作對比的話,它只有JPG圖片中等質量,但是,最大的好處是可以不用在記憶體裡面解壓縮紋理。

這裡把32位的png圖片(左邊)與最佳質量的PVRTC4(4位)圖片(點選圖片檢視完整的大小)作對比:

注意,在一些高對比度的地方,明顯有一些瑕疵。有顏色梯度的地方看起來還好一點。

PVRTC肯定不是大部分遊戲想要採用的紋理格式。但是,它們對於粒子效果來說,非常適用。因為那些小的粒子在不停地移動、旋轉、縮放,所以你很難看出一些視覺瑕疵。

PVRTC壓縮圖片格式

TP提供的PVR格式不僅有上面兩種,還包括TC2和TC4這兩種沒有alpha通道的格式。

這裡的alpha和16位紋理的alpha是一樣的。沒有alpha通道意味著圖片裡面沒有透明畫素,但是,更多的顏色位會用來表示顏色,那麼顏色質量看起來也會更好一些。

有時候,PVRTC圖片格式指的是使用4位或者2位顏色值 ,但是,並不完全是那樣。PVRTC圖片格式可以編碼更多的顏色值。

預先載入所有的紋理

定要預先載入所有的紋理,你可以在第一個loading場景的時候就全部載入進來。

這樣做最大的好處在於,你的遊戲體驗會表現得非常平滑,而且你不需要再擔心資源的載入和解除安裝問題了。

這樣也使得你可以讓每一個紋理都使用合適的紋理畫素格式,而且可以更方便地找出其它與紋理無關的記憶體問題。因為如果與紋理有關,那麼在第一次載入所有的紋理的時候,這個問題就會暴露出來的。如果所有的紋理都載入完畢,這時候再出現記憶體問題,那麼肯定就與紋理無關了,而是其它的問題了。

按照紋理size從大到小的順序載入紋理

由於載入紋理時額外的記憶體消耗問題,所以,採用按紋理size從大到小的方式來載入紋理是一個最佳實踐。

假設,你有一個佔記憶體16MB的紋理和四個佔用記憶體4MB的紋理。如果你首先載入4MB的紋理,這個程式將會使用16MB的記憶體,而當它載入第四張紋理的時候,短時間內會飆到20MB。這時,你要載入16MB的那個紋理了,記憶體會馬上飆到48MB(44 + 162),然後再降到32MB(4*4 + 16)。

但是,反過來,你先載入16MB的紋理,然後短時候內飆到32MB。然後又降到16MB。這時候,你再依次載入剩下的4個4MB的,這時,最多會彪到(43 + 42 + 16=36)MB。

在這兩種情況下,記憶體的峰值使用相差12MB,要知道,可能就是這12MB會斷送你的遊戲程序的小命哦!

避免在收到記憶體警告訊息的時候清除快取

紋理已經全部在Loading場景裡面載入完畢了,這時候,記憶體警告發生了,然後cocos2d就會把沒有使用的紋理從快取中釋放掉。

你剛剛把所有的紋理都載入進來,還沒有進入任何一個場景中(此時所有的紋理都被當作“unused”),但是馬上被全部從texture cache中移除出去。可是,你又需要在其它場景中使用它們。在loading場景完了之後進入下一個場景的時候很卡的原因了。cocos2dx 在收到記憶體警告的時候會自動清理快取.

理解在什麼時候、在哪裡去清除快取

不要隨機清除快取,也可以心想著釋放一些記憶體而去移除沒有使用的紋理。那不是好的程式碼設計。有時候,它甚至會增加載入次數,並多次引發“間歇記憶體飆高”。分析你的程式的記憶體使用,看看記憶體裡面到底有什麼,以及什麼應該被清除,然後只清除該清除的。

你可以使用dumpCachedTextureInfo方法來觀察哪些紋理被快取了:

[[TextureCache] dumpCachedTextureInfo];
cocos2d: "ingamescorefont.png" rc=9 name=ingamescorefont-hd.png id=13 128 x 64 @ 32 bpp => 32 KB
cocos2d: "ui.png" rc=15 name=ui-hd.png id=5 2048 x 2048 @ 16 bpp => 8192 KB
cocos2d: "ui-ingame.png" rc=36 name=ui-ingame-hd.png id=8 1024 x 1024 @ 16 bpp => 2048 KB
cocos2d: "digits.png" rc=13 name=digits-hd.png id=10 512 x 64 @ 16 bpp => 64 KB
cocos2d: "hilfe.png" rc=27 name=hilfe-hd.png id=6 1024 x 2048 @ 32 bpp => 8192 KB
cocos2d: "settings.png" rc=8 name=settings-hd.png id=9 1024 x 1024 @ 16 bpp => 2048 KB
cocos2d: "blitz_kurz.png" rc=1 name=(null) id=12 50 x 50 @ 32 bpp => 9 KB
cocos2d: "gameover.png" rc=8 name=gameover-hd.png id=7 1024 x 2048 @ 32 bpp => 8192 KB
cocos2d: "home.png" rc=32 name=home-hd.png id=4 2048 x 2048 @ 16 bpp => 8192 KB
cocos2d: "particleTexture.png" rc=2 name=(null) id=11 87 x 65 @ 32 bpp => 22 KB
cocos2d: "stern.png" rc=2 name=(null) id=2 87 x 65 @ 32 bpp => 22 KB
cocos2d: "clownmenu.png" rc=60 name=clownmenu-hd.png id=1 1024 x 2048 @ 32 bpp => 8192 KB
cocos2d: CCTextureCache dumpDebugInfo: 13 textures using 60.1 MB (紋理總共佔用的記憶體大小!!!)

上面包含了非常多有用的資訊。紋理的大小、顏色深度(bpp)和每一個被快取的紋理在記憶體中所佔用大小等。這裡的“rc”代表紋理的“引用計數”。如果這個引用計數等於1或2的話,那麼意味著,這個紋理當前可能不會需要使用了,此時,你可以放心地把它從紋理cache中移除出去。

你只移除你知道在當前場景下不太可能會被使用的紋理(即上面介紹的引用計數為1或2的情況),這是一個明智的做法。另外,只移除那些佔用記憶體大的紋理。如果一個紋理只佔幾個kb的記憶體,其它移不移除都沒什麼太大的影響。

SpriteFrames retain textures

上面提到的例子中,紋理的引用計數可能有點讓人看不懂。你會發現,紋理集有很高的retain count,即使你知道這些紋理集中的紋理當前並沒有被使用。

你可能忽略了一件事:SprteFrame會retain它的紋理。因此,如果你使用了紋理集,你要完全移除它不是那麼容易。因為,由這個紋理集產生的sprite frame還是保留在記憶體中。所以,你必須呼叫SpriteFrameCache的removeSpriteFramesFromTexture方法,能徹底清除紋理快取中的紋理集。

[[CCSpriteFrameCache sharedSpriteFrameCache] removeSpriteFramesFromTexture:uncachedTexture];

你也可以使用 removeSpriteFramesFromFile,並指定一個紋理集的.plist檔案來清除快取起來的精靈幀(spriteframes).

你可以清除任何快取(比如animation,sprite frames等),但是請不要輕易清除紋理快取

cocos2d有許多快取類,比如紋理快取、精靈幀快取,動畫快取等。

當然,如果你想從記憶體中移除一個紋理,你也必須移除與之相關的精靈幀(因為精靈幀會retain紋理)。

例外:檢查聲音檔案的記憶體使用!

聲音檔案會被快取起來,然後可以重複播放而不會被中斷。由於聲音檔案一般比較大,特別是,我看到有一些開發者使用沒有壓縮的聲音檔案作為遊戲的背景音樂,而這些背景音樂檔案非常大,它們通常會造成大量的記憶體消耗。

請使用MP3格式的聲音檔案。因為使用沒有壓縮的聲音檔案既浪費記憶體又佔用程式大小。當你載入完一些遊戲音效時,在不需要的時候,記得要解除安裝掉。

如何避免快取特定的紋理

如果你有一個紋理,你確實不想快取起來,那怎麼辦呢?比如,在初始的載入場景中的圖片,或者那些使用者很少會在意的圖片--比如你的非常牛比的致謝場景的圖片。

經常容易被誤解的一點是,一個紋理顯示出來了,那麼它就被快取起來了。如果你從快取中移除此紋理,那麼此時你再移除精靈就會程式崩潰。這個理解不正確。

TextureCache只不過是對紋理再添加了一次retain函式的呼叫,這樣,當沒有其它物件(比如sprite)持有紋理的引用的時候,紋理仍然會存在記憶體之間。基於這一點,我們可以立馬從快取中移除出去,這樣,當紋理不存需要的時候,馬上就會從記憶體中釋放掉。如下程式碼所示:

        bg = [Sprite spriteWithFile:@"introBG.png"];
        // don't cache this texture:
        [[TextureCache ] removeTextureForKey:@"introBG.png"];

當TextureCache中移除一個紋理的時候,cocos2d下一次在呼叫spriteWithFile的時候,還是會再載入該紋理的--不管是否有沒有一張名字一樣的圖片正在被其它精靈所使用。因此,如果你不夠細心的話,你有可能最後會在記憶體中載入兩張重複的紋理。

使用一個Loading 場景

如果你不能預先載入所有的紋理的話,你可以使用一個loading場景,同時顯示一個動畫來表明載入的進度。這樣可以在進入下一個場景之前,讓前面一個場景銷燬,同時釋放它所佔用的記憶體資源。

實現起來非常簡單。這個loading場景排程一個selector,然後每一幀(或者0.1秒也可以)執行一個函式,比如update。除非你前面一個場景有記憶體洩漏,否則的話,每一次update函式執行的時候,都會把一些引用計數為0的記憶體資源釋放掉。在這個update方法裡面,你可以建立新的場景。

這樣極大地避免了“間歇性記憶體飆高”的問題,可以極大地減小記憶體壓力。

在後臺載入紋理

TextureCache類還支援非同步載入資源的功能,利用addImageAsync方法。你可以很方面地給addImageAsync方法新增一個回撥方法,這樣,當紋理非同步載入結束的時候,可以得到通知。

必須等待一個資源載入完畢。否則的話,由於“間歇性記憶體飆高”,可能會引發下列問題:

1) 程式崩潰
2) 紋理被載入兩次!因為非同步載入並不能保證載入順序。

減少你的程式的大小

把紋理的顏色位深度減少到16位,不僅可以減少記憶體壓力,還可以有效地減少程式的體積。但是,我們還有其它方法可以更進一步地減少程式的大小。

TexturePacker PNG 圖片優化

如果你有某些原因,讓你堅持要使用PNG檔案格式而不是我之前極力向你推薦的pvr.ccz檔案格式,那麼TexturePacker有一個選項,叫做“Png Opt Level”(Png優化級別),可以幫助我們減少png檔案的大小

注意,在xcode裡面有一項設定,你可能會把它忽略掉。你需要關閉"Compress PNG files"開關,因為這個選項有可能會使你的png圖片膨脹。xcode會在png檔案打包程序序的時候執行自帶的png優化程式。所以,有可能會使我們先前使用TP優化過的png圖片再次膨脹。因此,再次確保這個選項已關閉!

不過即使你沒有禁用此選項,你的程式大小還是會有所減小。因為,你有可能使用一些沒有被TP優化過的png圖片。

檢查你的程式在App Store 裡面的大小

在Xcode裡面,執行Archive build(在選單中選擇Product->Archive)。當build成功的時候,Xcode的Organizer視窗會開啟,然後你會看到一個“Estimate Size”(評估大小)的按鈕,可以用來估算你的應用程式大小:

移除未使用的資原始檔

在開發遊戲的過程中,你會經常新增、移除和替換遊戲資源。所以,你可能會因為某些原因,忘記移除一些不用的圖片資源。所以,你需要額外注意把它們都從專案中移除出去,至少要從程式的target中出去。對於android 的so而言可以做一些選擇,針對多種cpu架構可以選擇一個.

減少聲音檔案大小

有時候,我們也會忽視這個問題。如果你不考慮聲音檔案的格式,不管是就記憶體的使用還是程式的大小而言,都是一種極大的浪費。下面是一些方法可以用來減少聲音檔案的大小。

立體聲道變單聲道 – 你的mp3檔案可以採用立體聲,但是,這樣做值得嗎?如果你聽不出來差別的話,建議還是採用單一聲道。這樣可以把檔案大小和記憶體使用都減少一半。

MP3 位元率 –在iOS裝置上面,任何位元率大於192kbps的聲音都是浪費。你可以儘量採用低的位元率來獲得最好的音質效果,這是一個折中。一般來說,96到128kbps對於mp3檔案來說夠用了。

取樣率 – 大部分的聲音檔案使用11,22,44,或者48kHz取樣率。取樣率越低,聲音檔案越小。但是,這樣聲音質量也會越低。44kHz已經達到了CD的音質了,而48kHz會更好(這個差別只有調音師才可以聽出來)

在大部分情況下,44kHz或者更高的位元率都有點浪費。所以,可以嘗試下減小取樣率(在Audacity裡面:Tarck->Resample)。不要只是修改取樣率,因為這樣會改變聲音檔案的音高。

Streaming MP3 Files

mp3檔案的播放,首先是載入到記憶體中,然後解碼為未壓縮的聲音buffer,最後再播放。

就我目前所知,CocosDenshion的SimpleAudioEngine的playBackgoundMusic是流式播放mp3檔案的。流試處理有兩個優點:1.更小的記憶體足跡。2.解碼mp3檔案採用ios硬體,而不是cpu。但是,硬體一次只能解碼一個檔案,如果同時播放多個,那麼只有一個採用的是硬體解碼,其它的都是軟體解碼。

減少Tilemap大小

許多開發者沒有注意到,tilemap大小太大會消耗大量記憶體。假設你有一個1000*1000的tilemap,這個大概要消耗1M的記憶體--如果每一個tile消耗一個位元組的記憶體的話。然而,如果每一個tile大概消耗64個位元組的話,那麼這個tilemap就會消耗60MB記憶體。我的天啊!

除了寫一個更優的tilemap渲染器以外,我們唯一可以做的就是減少tilemap的大小了,也可以把地圖一分為二。