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教程：优化示例应用程序
更新时间: 2024年7月30日
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本主题介绍基于电脑 SDK 的开发。如需了解 Meta Quest 应用性能优化的详细信息，请根据您的开发平台查阅下列主题文章： 本版块中的教程详细演示了应如何进行 VR 性能优化。
本教程将引导您使用以下方法优化示例应用程序：
- Oculus 调试工具
- Oculus 性能 HUD
- 掉帧捕捉工具
- Windows 事件追踪 (ETW)
- ovrlog/ovrlog_win10 和 xperf
- Windows 性能分析器 (WPA)
- GPUView
安装组件
1.安装 Oculus PC-SDK：
2.安装 Visual Studio 2015：
注意：本教程中使用的 Oculus ORT 演示应用程序和 Windows 驱动程序工具包 (WDK) 尚未与 Visual Studio 2017 兼容。
3.安装 GPUView。
GPUView 包含在 Windows 8.1 SDK 中的 Windows 性能工具包 (WPT) 中，可在以下网址获取：
4.安装 Windows 事件追踪 (ETW)。
ETW 包含在 Windows 驱动程序工具包 8.1 中：https://developer.microsoft.com/en-us/windows/hardware/windows-driver-kit。
5.安装以下两项：
- 适用于 Windows 10 的 Windows SDK，版本 1703（或更高版本）
- 适用于 Windows 10 的 WDK，版本 1703（或更高版本）
6.安装 Windows 性能分析器 (WPA)。
WPA 包含在 Windows 评估和部署工具包 (Windows ADK) 中：
创建一款存在性能问题的应用程序
我们将使用 ORT 缓冲触感示例项目：
{SDK Folder}\Samples\OculusRoomTiny_Advanced\ORT (Buffered Haptics)\Projects\Win\VS20151.运行应用程序，并确保您的 Rift 已设置并正常工作。
2.在 Visual Studio 2015 中打开 ORT（缓冲触感）解决方案：
3.在调试器中运行此应用程序（按 F5），并在 Rift 头戴设备中查看场景。
当您转动头部时，场景表现正常。在 Oculus Mirror 中，眼睛显示器保持居中并保持其通常的形状。
4.停止调试器。
5.制造 GPU 性能问题。
我们将通过以下方法来制造问题：编辑此应用程序使用的默认纹理着色器例程，并添加一个 For 循环，该循环通过过多的工作人为地使 GPU 超载，模仿昂贵的着色器例程。
在此示例中，着色器例程包含在以下位置：
{Oculus SDK Folder}\Samples\OculusRoomTiny_Advanced\Common\Win32_DirectXAppUtil.h在 Visual Studio 中打开此头文件，并将以下代码添加到 defaultPixelShaderSrc 中：
// Artificially overload the GPU with too much work, mimicking an expensive shader routine
" if (TexCol.a!=0) for (int i = 1; i < 10000; i++) { Color = Color * i * 2; Color = Color/i; Color = Color/2; } "
此代码的位置突出显示如下：
注意：您可能希望为循环变量尝试不同的值。上面显示的值 (10,000) 可能过于极端，具体取决于硬件的特性。您可能会发现，使用 1500 左右的值时，该教程的效果更好。在本教程的后面，将显示该循环变量的不同值的结果。这模仿了不同层次的着色器复杂性。
6.再次运行应用程序。
结果是，眼睛渲染会出现延迟，当您转动头部时，这种延迟很明显。在头戴设备中，头部移动时，显示器侧面会出现黑色垂直矩形区域。在 Oculus Mirror 中，当您转动头部时，眼睛显示会变平并偏离中心。
我们知道这个问题是由于我们特意制造的 GPU 问题造成的。然而，一般来说，这种现象可能由许多问题造成，包括 CPU 或 GPU 过载。我们将开始使用 Oculus 调试工具来缩小问题的范围。
使用 Oculus 调试工具
1.运行 Oculus 调试工具：
%PROGRAMFILES%\Oculus\Support\oculus-diagnostics\OculusDebugTool2.Oculus 调试工具窗口弹出：
请确保：
- 可视 HUD 设置为性能
- 在性能 HUD 下，模式设置为性能摘要
3.为方便起见，您可以通过选择“文件”>“启动应用…”来启动应用程序
4.启动应用程序二进制文件，其位于以下位置：
{Oculus_SDK}\Samples\OculusRoomTiny_Advanced\ORT (Buffered Haptics)\Bin\Windows\Win32\Debug\VS2015\z.Buffered Haptics.exe5.在头戴设备中，您现在应该会看到 Oculus 性能 HUD：
HUD 显示性能摘要，表现为四个指标：
- 应用运动到光子延迟——这表示从应用程序获得控制权到帧完成所用的时间。其中大部分是应用程序渲染时间。上面显示的值约为 284 毫秒，这是一个极高的值，显然存在问题。基于此，HUD 会提供应用程序应改变多少 CPU 利用率水平的建议，在本示例中，建议将利用率降低 15 倍。
- 性能余量——这是在应用程序开始出现性能问题之前，仍可使用的渲染时间百分比。（计算方式如下：
1 - (FrameRenderTime / FrameVSyncToNextVsync)。例如，如果帧的渲染时间为 5 毫秒，则余量将为：1 - (5/11.11) = 0.54 = 54%）在此示例中，性能余量实际上是一个很大的负数，这表明应用程序正在丢弃帧。 - 应用掉帧——这是应用程序掉帧数量。在此示例中，出现大量掉帧，因此这条线变成了红色。
- 合成器掉帧——这是合成器掉帧数量。
显然，此应用程序在应用运动到光子延迟类别中花费了太多时间。在这个示例中，这个问题实际上被夸大了。在性能问题中，每帧花费 18 毫秒更为典型。
6.在“性能 HUD”下，将“模式”设置为“应用渲染时间”：
Oculus 性能 HUD 的内容此时会显示应用程序渲染时间数据。在这里，您可以轻松比较 CPU 和 GPU 上的计算负载：
很容易看出问题出在 GPU 负载上。同样，这是一个非常夸张的例子，但它可以说明使用这些分析工具可以获得哪些成效分析。
使用掉帧捕捉工具
接下来，我们将使用掉帧捕捉工具查看此应用程序掉帧情况。
1.点击 Oculus 调试工具中的掉帧捕捉按钮：
2.掉帧捕捉工具弹出：
3.确保应用程序显示在 Oculus Rift 头戴设备中。
（掉帧捕捉工具特定于 Oculus Rift，它知道为当前运行的应用程序捕捉帧。）
4.在掉帧捕捉工具中点击“记录”。
5.使用应用程序执行一些操作，例如向不同方向移动头戴设备。
6.取下头戴设备，然后点击掉帧捕捉工具窗口中的“停止”按钮。
7.（可选）点击“保存”，将捕捉的数据保存到 Oculus 调试归档（ODA）文件中。对其适当命名，例如
app_1000.oda（如果着色器例程中的循环变量设置为 1000）。您现在可以看到丢失的帧，甚至可以通过在帧列表中上下移动光标来翻阅：
如果您看到某些对象时常会出现掉帧的情况，您可能需要通过减少它们包含的多边形数量、简化它们使用的着色器、简化它们的阿尔法混合例程等来优化这些对象的渲染。
使用 ovrlog
我们现在来使用 Windows 事件追踪 (ETW) 捕捉低级事件。这让我们能够更精细地分析应用程序的行为。我们将通过运行 ovrlog 实用程序（它提供了一种启动和停止 ETW 会话的便捷方法）来实现这一点。事件会被捕捉到事件追踪日志 (.etl) 文件中。我们将使用两个工具分析事件流：Windows 性能分析器 (WPA) 和 GPUView。您可以将 WPA 视为提供事件流的更高级别视图。本质上，WPA 提供图表和图形，总结事件流的性能相关特征。而 GPUView 显示事件本身的高精细视图。因此，使用 GPUView，您可以深入了解 CPU 和 GPU 工作负载之间互动的细节，并微调您的应用程序，以优化这些工作负载的时间和内容。
1.以管理员权限启动 Windows CMD 窗口。
在本教程的其余部分中，您将运行
ovrlog_win10 脚本或 ovrlog 脚本，具体取决于您运行的是 Windows 10 还是 Windows 的早期版本。此脚本调用 xperf 实用程序，该实用程序启动 ETW 追踪会话，捕捉 VR 应用程序运行时发生的事件。您必须以管理员权限运行
ovrlog_win10（或 ovrlog）脚本。需要提升权限才能执行内核级事件追踪，这是捕捉与 Oculus 应用程序相关的所有事件所必需的。第一次运行
ovrlog_win10 或 ovrlog 脚本时，它会执行以下操作：- 找到
xperf实用程序 - 安装事件定义清单，其中提供有关应用程序性能的分析
- 运行
xperf实用程序以启动 ETW 会话 - 开始捕捉事件
第二次运行
ovrlog_win10 或 ovrlog 脚本时，它将执行以下操作：- 暂停 ETW 会话
- 卸载清单
- 将结果汇总到追踪文件 (
{xperf_folder}\trace\merged.etl) 中，随后可以将该文件加载到 WPA 或 GPUView 中，以便分析发生的事件流
2.确保
Xperf 文件夹为已验证用户提供以下权限：- 完全控制权
- 修改
Xperf 文件夹位于以下位置：
%PROGRAMFILES%\Oculus\Support\oculus-diagnostics\ETW因此，Xperf 文件夹的权限应如下所示：
3.准备以合理快速的顺序干净利落地完成以下四个步骤。
完成这四个步骤后，如果在控制台输出中看到错误消息（显示为红色），请尝试删除
%PROGRAMFILES%\Oculus\Support\oculus-diagnostics\ETW\trace\ 文件夹。这一步骤是必要的，这样当您运行
ovrlog_win10 或 ovrlog 时，中间追踪文件就不会冲突。删除此文件夹后，再次运行以下四个步骤。4.运行缓冲触感应用程序，并确保目前正在头戴设备中查看此应用。（如果需要，可以直接在 Visual Studio 调试器中运行此应用。）
5.使用管理员权限从命令提示符运行以下脚本：
%PROGRAMFILES%\Oculus\Support\oculus-diagnostics\ETW\overlog_win10.cmd或者，如果您使用的是早于 Windows 10 的 Windows 版本，则使用以下命令：
%PROGRAMFILES%\Oculus\Support\oculus-diagnostics\ETW\overlog.cmd6.在 VR 应用程序中执行任何所需的操作，同时继续在头戴设备中查看此应用。
7.再次运行
ovrlog_win10 或 ovrlog 以停止捕捉事件。或者，您可以运行带有参数“stop”的 ovrlog_win10 或 ovrlog 命令来停止追踪。在同一命令提示符下再次运行不带参数的该命令将停止追踪，这是大多数人通常使用该命令的方式。然而，由于这种方法依赖于环境变量设置，因此更容易失败。
应生成以下文件：
%PROGRAMFILES%\Oculus\Support\oculus-diagnostics\ETW\trace\merged.etl使用 Windows 性能分析器 (WPA)
1.启动 Windows 性能分析器 (WPA)，其位于以下位置：
C:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Windows Performance Toolkit2.弹出 WPA 窗口：
3.选择“文件”>“打开”，然后打开上面生成的
merged.etl 文件：%PROGRAMFILES%\Oculus\Support\oculus-diagnostics\ETW\trace\merged.etl4.您应该可以看到以下内容：
5.要检查 CPU 使用情况，请双击左侧导航栏中的小型计算窗口。完整的 CPU 使用率图显示在工作区：
6.向下滚动查看
z.Buffered.Haptics.exe 进程。您可以看到它只占用了很小比例的 CPU 资源：
从上面可以清楚地看出，性能问题不是由于此应用程序中过度使用 CPU 资源造成的。
7.要查看 GPU 使用情况，请展开“视频”选项卡：
通过查看小型视频窗口，可以立即清楚地看到 GPU 过载。（实际上，这个例子相当极端。通常的 GPU 使用问题不会像我们在这里看到的那样明显。）
8.从工作区移除计算图表，双击“视频”窗口以在工作区显示 GPU 使用图：
在此示例中，应用程序在首次运行
ovrlog_win10 或 ovrlog 时正在运行。大约在事件捕捉期过半时，头戴设备被放下。此时，VR 应用程序被冻结，重新渲染了一帧。在该时间段内未调用合成器，因此 OVRServer_v64.exe 的 GPU 使用率为零。随后，几秒钟后，第二次运行 ovrlog_win10 或 ovrlog，事件捕捉期结束。9.通过在该区域上水平拖动鼠标，选择图形中应用程序和合成器都在执行的一小部分。然后，使用 Ctrl 和
（鼠标上的）滚轮放大，这样您就可以看到百分之一秒。
注意：此时间标度接近帧速率，即每秒 90 帧。
在我们在着色器例程中创建的循环中，您可以通过设置循环变量进行实验，使其每像素循环 100、500、1000 或更多周期。对于循环变量的不同值，应用将展示的确切行为取决于您使用的电脑的特性，以及事件捕捉期间的负载量。
当循环变量设置为相对较低的值，并且放大到百分之一秒时，您可以看到类似于以下内容的结果：
在这里，您可以清楚地看到帧周期。应用程序（以绿色显示）在每一帧中占用了相当大量的 GPU 资源，合成器（以浅棕色显示）在同一帧中占用了较少的 GPU 资源。
当着色器例程中的循环每像素运行更多次数时，情况会变得更加紧张：
在这里，从应用程序完成处理帧到合成器输出帧之间的时间非常短（几近于无）。合成器还与应用程序同时使用 GPU 处理（两个使用情况图表相堆叠表明了这一点）。在此示例中，着色器例程处于或高于良好用户体验可接受的复杂度极限。
当着色器例程中的循环变量进一步增加时，情况会变得更糟：
这里甚至无法清楚地看到帧周期。
从本质上讲，GPU 永远无法完成它正在做的事情。通过突出显示该进程并在图中查看相应的活动，您可以看到
z.Buffered Haptics.exe 这一进程正在大量使用 GPU。其他进程都不太使用 GPU。我们现在将更仔细地研究 WPA 中的追踪数据。
10.进一步放大，然后点击图标以仅显示图形：
表格消失，只有图表可见：
11.向下拖动图表底部以放大视图：
在左侧的“系列”框中，打开
z.Buffered.Haptics.exe 和 OVRServer_x64.exe 下的层次结构，然后在 z.Buffered.Haptics.exe 下选择“渲染”：
渲染中涉及的
z.Buffered Haptics.exe 进程上方的空间已填充。如您所见，到目前为止，大部分时间都用于在 z.Buffered Haptics.exe 中进行渲染。（当然，考虑到我们插入着色器例程的循环，这是我们期望的结果。）
WPA 并未提供应用程序实际使用 GPU 所执行操作的详细视图，但我们知道 GPU 活动有两个主要阶段：渲染阶段和 BLT 阶段（周期结束时的缓冲区复制）。如果您选择 BLT，您会发现在该阶段花费的时间很少。
12.在左侧的“系列”框中，选择 OVRServer_x64.exe 下的“渲染”。您可以看到服务器使用的所有 GPU 时间都用于渲染：
如果您按住鼠标并从周期中的一个点拖动到下一个周期中的同一点，您可以看到持续时间约为 11.1 微秒，即九十分之一秒。这是 Rift 的帧率。所以，在这个示例中，我们可以看到帧率得到了满足。
无法在 WPA 中实际显示 VSync 事件。但是，您通常可以识别帧周期，如上例所示。
使用 GPUView
在以下步骤中，我们将在 GPUView 中查看 ETW 追踪文件。WPA 不显示每个硬件资源上数据包（不可分割的计算工作集合）的具体队列。GPUView 提供这种级别的分析。
1.启动 GPUView：
c:\Program Files (x86)\Windows Kits\10\Windows Performance Toolkit\gpuview\GPUView.exe2.当 GPUView 启动时，它首先显示一个文件管理器对话框。找到要分析的 merged.etl 文件并将其加载到 GPUVIew：
%PROGRAMFILES%\Oculus\Support\oculus-diagnostics\ETW\trace\merged.etl将弹出 GPUView 窗口，显示应用程序运行期间在 merged.etl 文件中捕捉的 ETW 追踪的高级视图：
在此示例中，
merged.etl 文件表示循环变量设置为 1500 时应用程序的行为。不过，这种行为可能因硬件的特性而有所不同。3.追踪中捕捉了许多进程，包括内核级进程和与其他应用程序相关的进程。这些进程不在本教程关注的范围内。因此，为了简化显示，可以使用以下命令收起所有进程：
查看 > 进程 > 隐藏所有进程
4.我们只想显示
z.Buffered Haptics.exe 进程。因此，右键点击该进程并选择“隐藏/显示”进程：
在屏幕顶部，显示了硬件资源。屏幕底部显示了应用程序中的相应活动：
5.通过选择事件流的相关部分并输入 Ctrl-Z 进行放大：
要逐步向外放大，请输入 Z。要将原始视图放大，请输入 Ctrl-H。
展开视图如下图所示。在此示例中，当追踪开始时，头戴设备是静止的，然后在场景中主动移动。您可以看到，在显示器的右侧，帧之间用空格隔开。这不能明确表示正在掉帧。是否掉帧取决于时间。
6.要更仔细地检查时间，请选择一个版块并输入 Ctrl-Z 来进一步放大：
7.您现在可以更详细地查看数据包：
选择一帧，查看屏幕顶部显示的时间标度。时间标度增量为 10 毫秒。为了达到每秒 90 帧的所需帧率，帧周期必须在大约 11.1 毫秒内完成。您可以看到，帧的时间比这要长，事实上，后续帧被延迟了，帧之间的空白表明了这一点。因此，在此示例中，每隔一帧都会被放置在时间线的右侧：
在这个缩放级别，您可以看到一堆彩色矩形，称为数据包。数据包是应用程序安排在 CPU 或 GPU 上运行的不可分割的最小工作单元。栅栏是一个同步基元，它确保一个操作在下一个操作开始之前完成。
栅栏显示为上面的粉红色框。
深蓝色数据包是解析为 GPU 工作的图形命令的集合。
8.点击一个数据包。现在，您可以看到该数据包的确切生命周期，及其详细信息：
在 GPUView 中，数据包按堆栈排列，时间沿水平轴前进。底部的数据包是当前正在处理的项目。您越往上走，数据包就越靠后。堆栈的高度随着工作的完成而降低，随着更多的工作加入队列中而增加。点击一个数据包，即可看到它的生命周期，以及数据包之间的依赖性。
在 WPA 中，我们可以放大感兴趣的帧并确定帧的确切帧索引。然后，我们可以使用该帧索引在 GPUView 中找到这一帧。这很有帮助，因为 GPUView 不提供前后相关的自上而下的视图。
在上面的示例中，应用程序调用了 DirectX 驱动程序，并请求它渲染一个基元。该驱动程序调用创建了 GPU 工作。因此，3D 管线正在突出显示的选择中处理该工作。
典型的流程是：初始化、提交 CPU 工作、提交相关图形工作、安装栅栏以确保工作按正确顺序处理、等待 CPU 工作（以及栅栏）完成，然后继续下一帧。
上图中，同一 GPU 数据包在整个时间线中突出显示。但之后，它位于队列的前面（底部），并且正在处理中。根据顶部显示的时间标度，数据包的宽度表示处理它所花费的时间。
您还可以获取数据包的追踪。如果您看到应用程序正在大量使用系统，而您不知道原因，则可以看看导致问题的调用的确切顺序。
能够在 GPUView 中查看 VSyncs 非常有用。但是，菜单项选项 > 切换 VSync不会显示 Oculus VSync。此菜单项会显示 Windows 显示器的 VSyncs。
ovrlog_win10 和 ovrlog 会生成包含 NVIDIA 或 AMD vsync 事件的追踪，具体取决于系统使用的硬件。要在 GPUView 中显示 vsyncs，您必须在生成 ETW 追踪之前运行以下批处理文件：
%PROGRAMFILES%\Oculus\Support\oculus-diagnostics\ETW\IHVETW\setup.bat安装清单后，为 NVIDIA 捕捉 VSyncs 的事件为：
NVIDIA-VR-DirectMode VsyncDPCAMD 也有类似的事件。
在 GPUView 中打开追踪，点击“工具”>“事件查看器”，然后启用
NVIDIA-VR-DirectMode，追踪图中应当会显示垂直红线。
虚拟现实 / Meta Horizon
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