这是一篇关于使用UE的PSO缓存优化安卓应用的一些经验技巧

0、前言

在DrawCall改变GPU渲染状态时会带来额外开销，在头显或配置低的设备体验会更加明显，比如某些材质和特效的首次渲染，或第一次看向资源密集的地方时，会出现明显的卡顿现象。为应对这种难题现代图形API（D3D12、Vulkan、Metal）提供PSO机制来减少硬件改变渲染状态的开销。其原理是把单次渲染所需要的Shader和渲染状态合并成一个对象，称为Pipeline State Object（PSO），由图形API解决各种硬件状态之间的依赖和冗余，给出最优的状态集合和设置方法（称为编译），再统一交给硬件设置渲染状态。

1、机制

PSO （管线状态对象，Pipeline State Object）是在运行时（Runtime）编译生成的二进制代码，运行时编译的二进制代码会被读取回应用程序并缓存为 PSO 缓存。当运行时再次尝试生成相应的 PSO 时，可以直接从 PSO 缓存中进行反序列化读取和加载，从而节省了运行时的编译过程耗时。

具体参考：UE PSO Cache机制、使用与优化

2、用法

要设置你的项目以记录PSO缓存，请执行以下步骤：

打开项目的 DefaultEngine.ini 或其 (Platform)Engine.ini 。

(Platform)Engine.ini 文件通常位于 (Project)/Config/(Platform) 目录下。使用此目录可以防止其他可能无需使用PSO缓存的平台获取设置。

在 Engine.ini 文件中设置以下值：

[DevOptions.Shaders]
NeedsShaderStableKeys=true

在 DefaultGame.ini 文件中，设置以下值：

[/Script/UnrealEd.ProjectPackagingSettings]
bShareMaterialShaderCode=True
bSharedMaterialNativeLibraries=True

如果你是从头开始，请确保 (Project)/Build/(Platform)/PipelineCaches 中没有文件。烘焙器会在这个位置寻找记录的缓存文件。如果这是你首次采集PSO，此文件夹可能根本不存在。
确保控制台变量 r.ShaderPipelineCache.Enabled 设置为1。
1. 如使用PICO VR设备参考其官方文档：PSO 缓存在 “DefaultDeviceProfiles” 文件中添加 CVar。该文件位于 \ {工程名称} \ Config 路径下，如果没有自行添加。重启后在Device Profiles中看到就可以了
```
 [Android DeviceProfile]
 DeviceType=Android
 BaseProfileName=
 +CVars=r.ProgramBinaryCache.RestartAndroidAfterPrecompile=0 
 +CVars=r.ShaderPipelineCache.Enabled=1 
 +CVars=r.ShaderPipelineCache.ReportPSO=1 
 +CVars=r.ShaderPipelineCache.StartupMode=1 
 +CVars=r.ShaderPipelineCache.GameFileMaskEnabled=0 
 +Cvars=r.ShaderPipelineCache.LazyLoadShadersWhenPSOCacheIsPresent=1 
 +CVars=r.ShaderPipelineCache.BatchSize=10 
 +CVars=r.ShaderPipelineCache.BatchTime=0.0 
 +CVars=r.Vulkan.PipelineCacheFromShaderPipelineCache=1
```
收集运行时的PSO并重新打包
1. 在 {工程名称} \ 工程目录下，新增一个“PSOCaching”文件夹，用来放PSO流程中的各种中间文件后续有用（放哪都可以）。
2. 打包应用程序，烘焙所有相关地图，然后在 ` {工程名称} \ Saved \ Cooked \ Android_ASTC \ {工程名称} \ Metadata \ PipelineCaches` 路径下找到两个 .shk 文件以及 .upipelinecache文件一并拷贝到PSOCaching。
3. 在Pico设备上安装刚才打包出来的程序，将命令行参数-logPSO加入UECommandLine.txt，将UECommandLine.txt放在Pico头显文件夹中的UnrealGame \ {工程名称} 目录下，运行该 APK，体验每一个关卡。
  
  参考：UE5打Android包后执行Command命令
4. 生成的后缀为 .rec.upipelinecache 的 PSO 缓存在Pico设备的 UnrealGame \ {工程名称}\ Saved \ CollectedPSOs 路径下，将它们拷贝至 PSOCaching 文件夹内。
5. 在PSOCaching中编写一个 CreateSpc.bat 文件，然后执行它以生成最终打包所需的 *.spc 文件。格式类似于 Engine\Binaries\Win64\UnrealEditor-Cmd.exe [ProjectName] -run=ShaderPipelineCacheTools expand C:\PSOCache\*.rec.upipelinecache C:\PSOCache\*.shk C:\PSOCache\[YourPrefix][ProjectName][ShaderFormatName].spc 示例如下代码所示，具体的引擎、工程目录按照实际情况修改。
```
  D:\UE5_4\Engine\Binaries\Win64\UnrealEditor-Cmd.exe D:\Projs\PSOTest\PSOTest.uproject -run=ShaderPipelineCacheTools expand D:\Projs\PSOTest\PSOCaching\*.rec.upipelinecache D:\Projs\PSOTest\PSOCaching\*.shk D:\Projs\PSOTest\PSOCaching\PSO0318_PSOTest_SF_VULKAN_ES31_ANDROID.spc
```
6. 执行bat文件后，会生成一个.spc文件，将.spc添加至 {工程名称} \ Build \ Android \ PipelineCaches 路径下，然后将这个工程重新打包。
7. 新的 PSO 缓存（* .stable.upipelinecache）位于 {工程名称} \ Saved \ Cooked \ Android_ASTC \ {工程名称} \ Content \ PipelineCaches \ Android 路径下。可以查看文件大小确定PSO是不是正常被打包了
8. 可以通过日志查看被加载的PSO缓存：
9. 至此，PSO缓存的应用完成
10. 注意事项
11. 收集PSO可以增量收集，但是发生着色器缩量、着色器变化会发生无法预知的问题，需要重新收集
12. 收集PSO的话，需要按菜单键手动退出。程序崩溃/调用QuitGame函数退出/被踢下线都会导致PSO未能成功收集
13. 其他
```
`NumPrecompilingPSOsRemaining`函数可以查看剩余需要加载的PSO缓存（UE5.6后）
```

3、注意事项

粒子特效如果是GPU模拟的话PSO是录制不上去的，第一次渲染这个粒子还是会卡顿，应该改为CPU模拟

参考

创建捆绑的PSO缓存

UE PSO Cache机制、使用与优化

PSO Caching

PSO Doc：

PSO Video：

YouTube - PSO Caching in UE4.27 to reduce hitching in Android

[[UFSH2024]虚幻引擎移动端开发最新进展

Jack Porter Epic Games 引擎移动平台开发主管](https://www.bilibili.com/video/BV18F2oYAEJ4?spm_id_from=333.788.videopod.sections&vd_source=30b5d6dd5435961e25b24fcc71e401d8)

PSO Pre-caching
1. 采用PSO预缓存方式，在尽可能早的时间，预加载当前场景物体所有可能关联的物体的PSO（存在一些预测算法）
2. PSO预缓存方式目前5.6版本才有，且不支持Mobile

让我们携手共创奇迹！

目录

0、前言

1、机制

2、用法

3、注意事项

参考