【内存优化】

首先要意识到运行时和编辑时的区别，当运行时和编辑时所需的数据相差不大时，我们用同一套数据结构即可，当两者差异较多或者数据量很大时，需要有各自的数据结构，这意味着在打包或构建时需要将编辑时数据转为运行时数据。

（所以Unity中的AnimationClip Curve数据不提供给非editor情况下使用）

（内存优化把握三个核心方向：一是内存中只存在当前或最近需要的资源及数据；二是需要的资源及数据在内存中仅存在一份；三是简化资源和数据的结构，运行时和编辑时的数据区分是方向1）

由前文可知，动画至少有30个骨骼节点，每个至少有9条Curve曲线，每个Curve曲线有60个KeyFrame，按照编辑时的Keyframe的结构，1s的动画至少需要30*9*60*8*4/1024 =506.25kb的内存

高品质的动作游戏的骨骼节点会更多，1s内的动画数据占用的内存会超过506.25kb。

一般而言，内存中存在的所有动画数据时长加起来超过30分钟很正常，那么占用内存至少为506.25*60*30/1024 = 889.89MB

这么大的内存在移动端是不可接受的。

根据计算公式，我们可以从多个方面优化内存。

优化关键帧结构

在运行时我们只需要知道曲线函数即可，编辑时点的数据可直接转为函数参数，从前文可知函数，可以有：

• 水平线（即常量），点的值
• 直线，y= ax+b ,两个值
• 三次多项式，y= ax^3 + bx^2 + cx + d 四个值
• 二次贝塞尔曲线  B(t) = (1-t)^2 * P0 + 2t(1-t) * P1 + t^2 * P2，展开后为y= ax^2 + bx + c，三个值
• 三次贝塞尔曲线  B(t) = (1 − t)^3 *P0 + 3t (1 − t)^2 *P1 + 3t^2 (1 − t)*P2 + t3* P3，展开后为y= ax^3 + bx^2 + cx + d 四个值
• 三次埃尔米特曲线，展开后为y= ax^3 + bx^2 + cx + d 四个值

可以看到，他们都是同样的形式，不必再区分具体的类型，只要有四个参数值即可。

那么运行时关键帧的数据结构A为：

    ///Struct KeyFrame{
    ///     float a
    ///     float b
    ///     float c
    ///     float d
    ///}

按照这个优化，内存将降低为原来的一半，为444.95MB。

接下来还按照核心方向3来优化：

uint类型有32位，分成4份，每份有8位，我们用高位标记其实小数点后几位，剩余7位表示参数值，可表示的最大精度为0.0000001，这个精度基本够了

按照这个方式运行时关键帧结构B为：uint keyFrame

内存将降低为原来的1/8，为：111.24MB（下文以这个为准）

优化曲线结构

曲线核心数据是关键帧数据的组合，优化要依靠不同关键帧之前的关联（类似数据压缩中上下文联系）来简化数据（核心方向3），有以下关联：

1.如果曲线中所有关键帧都是常量，我们用一个数据就可以，在关键帧数据结构A中，内存占用降低为原来的1/(60*4)；在关键帧数据结构B中，内存占用降低为原来的1/60。例如：盆骨节点的部分曲线基本都是常量

2.如果曲线中有部分连续的常量，我们可以需要标识出从第几帧到第几帧是常量，这是不用一个数组表示了，需要用一个类封装，这也是划算的

3.如果曲线中所有关键帧都是直线，在关键帧数据结构A中，可以去掉c、d,内存占用降低为原来的1/2；在关键帧数据结构B中，可以用short类型，内存占用降低为原来的1/2

以上优化都属于核心方向3中的方法1：转换数据结构，其特点是不损失数据精度

在允许精度损失的情况下，我们有了方法2：朝着符合转换数据结构的情况精简数据

针对关联1：我们可以设置一个阈值N，凡是变化在阈值内的数据，都认为是常量

在游戏行业，动画数据生成的方式一般有三种：1.美术在3D软件中手K 2.动捕 3.AI生成。其中动捕或AI生成会产生较多抖动细节，都可以去掉以生成更多的常量。

针对关联2：我们需要在曲线的所有位置都检测是否存在常量，一些斜率很小的直线可以简化为常量

针对关联3：有些其他曲线完全很小，可以近似简化为直线，以尝试获得更多的直线

（有些算法常识，你应该可以知道，上述所有阈值，都可以做自适应。

理论上，自适应是针对不同情况的，对当前曲线有自适应值，对不同情况下生成的近似曲线也要有不同的自适应值；对不同的肢体，例如手部、腿部、面部的自适应值不同，越靠近根骨骼，所需精度越高，允许的误差阈值越小。

实际上，为了简化，可能都是一样的自适应值。）

允许有精度损失时，还有其他关联：

4.连续多个关键帧数据可以通过一条曲线拟合，实际上这种情况是很常见的，只要不是突兀的变化，时间是在1/60s这样小的时间尺度下，多个连续帧是按照同一规律渐变的，可以用同一条曲线拟合。

注意，我们并不是一次性拟合整条曲线，而是对曲线分段拟合

综合以上关联，优化后的曲线结构中，关键帧数据不再是数组，而是一个封装关键帧数据的类或结构体。在Unity中，表现为IntPtr m_Ptr。

一般来说，常量占到曲线的60%-80%，直线占比为20%~30%，其他各类曲线占比20~30%，假设30%关键帧数据可以做拟合。

做保守估计，常量取60%，直线取20%，其他各类曲线取20%,优化后的内存为：111.24*60%/60 + 111.24*20%/2 + 111.24*20%*（60 - 60*30%+1 ）/60 = 28.181MB

优化关键帧数量

有些动作变化简单，例如walk、run等，实际上不需要60帧，2D动漫也常用做这样的减帧处理。（核心方向3的方法3：减少数据量）

因为大部分动作都是平滑的，我们可以预测下一帧的数据，从而减少帧数。曲线拟合也可以看作是减帧，与预测不同的是，曲线拟合有精度要求，无论动画正放还是倒放都无影响，且不需要前置数据。

而预测首先的有几帧的前置数据，由于是从前到后预测，动画不能倒放，预测最好是完全准确的，在阈值内有偏差也可，超过阈值，记录一个delta即可校正。

假设通过上述方式，可以将平均帧数降低为40帧，那么优化后的内存为：28.181 * 40 / 60 = 18.787MB

优化曲线数量

上述的优化都是基于数据本身做优化，并没有考虑到数据所在的场景。在动作中，节点位置、朝向、缩放的三条曲线之前是有关联的，我们完全可以将其做进一步的封装。

例如：xz可能共同绕着y做同样规律的变化，或者xy绕着z做同样规律的变化，考虑人体结构和肢体动作，这是很常见的，减少30%-50%的数据是可能的。例如Unity内部的QuaternionCurve，Vector3Curve

对于缩放，一般情况下角色没有缩放，可以直接去掉缩放曲线。

假设去掉Scale曲线，并做30%优化，那么优化后的内存为：18.787 * （6/9）*70% =  8.767MB

优化节点数量

角色骨骼节点数量在项目之初就确定好的，不会随意更改，这里要结合核心方向1来做优化。

更多的骨骼节点是为了走更精致、品质更高的动作，在不在视野内、或距离视野很远的角色而言，精致的动作也看不到，角色不需要或仅需要很少的动画，也相当于一些节点的数据直接可以省略掉，不用在内存中存在。

假设只能优化10%的节点点，那么优化后内存为：8.767 * 90% = 7.908MB

综上，内存可以从889.89MB优化到7.908MB，至少可以优化88%

压缩优化

按照数据压缩中的方法，将动画数据做压缩（注意选择高性能的压缩方法），使用时再解压数据。

加载优化

主要是按照方向1别把不需要的动画数据加载到内存中。

unity中的优化设置

Unity针对AnimationClip提供三种压缩格式:

1.Off——不做压缩处理,动画中每一帧都生成关键帧

2.Keyframe Reduction——Stream格式存储，使用关键帧缩减算法（简单来讲，就是对去除关键帧前后的曲线进行比较，如果对应的曲线值的差小于容错值/误差宽容度，则去掉关键帧）

3.Optimal——Unity会使用启发式算法，从而决定使用Keyframe Reduction算法进行压缩（Stream格式存储），或者使用Dense格式压缩存储动画曲

Stream格式可以认为是带有曲线的;Dense格式是存储所有关键帧数据，用线性插值，可以看作是直线的，内存占用比Stream少

Inspector上可以看到不同类型曲线占据的大小

Rotation/Position/Scale Error是压缩时的阈值

可以对不同的动画资源选择合适的压缩格式和阈值

包体优化

一般来说，游戏内所有的动画数据时长加起来有6个小时比较正常，内存优化的某些方式，也会减少包体大小。

同时，压缩优化是必须的，在内存中的动画数据可以是非压缩的，在硬盘上的动画数据一般是压缩后的，读取文件时要先解压。

【性能优化】

这里的优化仅针对AnimationClip，由于解压、采样、计算都由引擎内部做处理，在不改源码的情况下，可以做的不多。

加载优化

在合适的时机做加载，以减少峰值卡顿等

缓存友好

 让数据的排布更符合读取的顺序，减少CPU cache miss的情况，例如由三条曲线，四个关键帧的数据，一般都是这样的：

    /// 曲线1：关键帧1 关键帧2 关键帧3 关键帧4
    /// 曲线2：关键帧1 关键帧2 关键帧3 关键帧4
    /// 曲线3：关键帧1 关键帧2 关键帧3 关键帧4
    /// 曲线4：关键帧1 关键帧2 关键帧3 关键帧4

改成：

    /// 关键帧1：曲线1 曲线2 曲线3 曲线4
    /// 关键帧2：曲线1 曲线2 曲线3 曲线4
    /// 关键帧3：曲线1 曲线2 曲线3 曲线4
    /// 关键帧4：曲线1 曲线2 曲线3 曲线4

由于各类压缩和优化内存的方式，缓存友好的方式改动难度很大

Job计算

多个不同的AnimationClip的数据的采样、计算可以放在Job中进行

采样降频

动画数据采样是指，输入一个时间，从曲线中得到一个值，每秒要进行很多次这样的采样。一般来说，会有预设的固定值，或者按照Update的频率采样。

但我们可以结合业务实际去调整采样的频率，类似常见物体LOD的概念，我们可以根据角色和相机的距离来设置动画的采样频率。

在Unity中，如果项目使用了Playable做动作系统，可以使用Playable.Evaluate来手动更新，降低频率

【加载优化】

加载关乎到内存和性能，这里拿出来单独说，从加载系统的交互看，动画资源和其他资源没什么区别，以下加载优化的方式适用其他任何资源的加载优化

内存上

按需加载

动态卸载

性能上

提前加载：有些基础性的动画资源是必然会存在的，可以在切场景时提前加载到内存中

设置加载优先级：动画资源的加载优先级设置高些，让加载系统优先加载动画

异步加载：动画资源从同步加载改成异步加载，且需要加上时间限制，固定多少帧内必须加载完成

分帧请求加载：一次性需要加载的动画资源较多，分成多帧去请求

预测加载：可以在逻辑上预测哪些动画资源可能在接下来需要加载，提前做加载，以避免集中加载导致卡顿