iOS 9 上的 SpriteKit 物理 FPS 大幅下降答案

【问题标题】：SpriteKit physics huge FPS drop on iOS 9iOS 9 上的 SpriteKit 物理 FPS 大幅下降
【发布时间】：2016-10-24 22:14:03
【问题描述】：

我在场景中遇到了巨大的 FPS 下降，其中一些静态 SKSpriteNode 节点的主体用SKPhysicsBody init(polygonFrom: CGPath) 定义，一些简单的动态SKSpriteNode 节点的主体用init(rectangleOf: CGSize) 定义。

动态节点在场景中被触发并最终休息，这取决于物理。每个动态节点都与其他动态节点以及前面提到的静态节点发生冲突。

游戏以 60fps 流畅运行，直到屏幕上的动态节点数量约为 30 或更多。之后，FPS 开始急剧下降到 10fps 左右。

注意 1：该问题在 iOS 10 上不存在，只有 iOS 9（我没有测试过 iOS 8，因为我不支持它）。

注意2：由于动态节点的增加，draw call并没有增加，所以在OpenGL端似乎没有问题。

注意 3：我禁用了 contactTestBitMask 以确保这不是问题的原因。

我用 Time Profiler 运行 Instruments，专注于 FPS 下降的部分，发现以下奇怪的事情：

奇怪的是，有问题的片段中超过 50% 的时间都花在了PhysicsKit。请注意，此时是否正在发生碰撞或动态节点是否只是静止不动并不重要。结果总是一样的。

这一定是它的原因，但由于所有这些都发生在系统库 (PhysicsKit) 中，我真的不知道在我的代码库中哪里寻找问题。

感谢您的帮助！

【问题讨论】：

您尝试清理项目了吗？ Shift-CMD-K
SpriteKit 版本之间一直存在非常奇怪的不一致。即使在次要版本之间。 Apple 从不发布更改或其他有用的发行说明。他们很少在自己的论坛上回复关于性能问题的长线程。我告诉你这个，所以你不认为这是一个完全的反常现象。有报告称最新的 SpriteKit 中存在内存错误和音频问题，这些问题本应被基本单元测试发现，并且自 iOS 10 早期测试版以来就已成为其一部分。 Sprite Kit 的用户并不多，Apple 也没有给予太多的关心或关注。
@Nik 是的，很多次。
如果你想有办法将 Box2D 导入 SpriteKit。
@NSDawg 不确定我是否想这样做。

标签： ios sprite-kit game-physics skphysicsbody

【解决方案1】：

没有办法解决你的问题，因为 nateslager 已经提到了明显的问题，我只是告诉你一个解决方案。

您所做的是将场景分成具有某种重叠的象限或更多象限，并为这些象限保留categoryBitMasks，因为物理对象可以有多个 categoryBitMask。现在你需要每帧更新这些类别，所以我喜欢覆盖 position 属性并添加didSet 来告诉节点它们在哪个象限中。

现在这可能会变得非常复杂，具体取决于您使用这些标志的方式，因为您不能执行 quadrant4 和 bad 之类的操作，因为那样它仍然会记录所有好的和坏的。相反，您需要将 quadrant4bad 作为 1 个类别。这样做的目的是减少在所有机构之间进行的检查次数。

例如我们有一个 (-5,-5) 到 (5,5) 的场景，大小为 (11,11)

象限1是(-5,0),(0,0),(-5,-5),(0,-5)
象限2是(0,0),(5,0),(0,-5),(5,-5)
quadrant3 是 (-5,5),(0,5),(-5,0),(0,0)
quadrant4 是 (5,0),(5,5),(0,0),(5,0)
象限C是(-2.5,2.5),(2.5,2.5),(-2.5,-2.5),(2.5,2.5)

enum PhysicsCategory : UInt
{
   case good = 0b1
   case quadrant1Bad = 0b10
   case quadrant2Bad = 0b100
   case quadrant3Bad = 0b1000
   case quadrant4Bad = 0b10000
   case quadrantCBad = 0b100000
}

//we set up a good player at position 0,0 so he is in the center quadrant
good.contactBitMask = quadrantC


//we set up a enemy  at position -5, -5 so he is in the first quadrant
bad1.contactBitMask = quadrant1

//we set up a enemy  at position 5, -5 so he is in the second quadrant
bad2.contactBitMask = quadrant2

//we set up a enemy  at position -5, 5 so he is in the third quadrant
bad3.contactBitMask = quadrant3

//we set up a enemy  at position 5, 5 so he is in the fourth quadrant
bad4.contactBitMask = quadrant4

//we set up a enemy  at position -2.5, 2.5 so he is in the third quadrant and center quadrant (remember, they have a width and height to them, so they will be in more than 1 quadrant
badC.contactBitMask = quadrant3 | quadrantC

现在当我们的游戏运行时，good 只会在他的象限中检查敌人，所以只会在 quadrantC 上进行检查

如果好的移动到象限3，那么只会进行2次检查，bad3和badC

这将帮助您减少物理后端的调用，从而减少延迟。

如果你碰巧有很多不同的类别正在使用，那么我建议不要使用多个位掩码，而是在敌人不在特定象限时关闭他们的 categoryBitMasks。这也将减少物理引擎完成的检查次数。

【讨论】：

感谢您的回复。绝对是个好主意，但看看我的游戏，我不确定它是否会有所帮助，因为目标是让动态节点堆积在静态节点上的特定热点中。因此，我认为计算不会有太大帮助。作为最后的手段，我会试一试，然后告诉你。顺便说一句，我很快尝试在动态节点“休息”后关闭categoryBitMasks，但这似乎不会影响计算。
如果你有静态节点，然后将你所有的物理体组合成一个体，并将其分配给一个父节点，你可以使用 contactPoint 找出被击中的节点
KnightOfDragon，如何将几个静态物理体合并为一个物理体？
@classenApps 它是physicsbody inits 之一
@claassenApps developer.apple.com/reference/spritekit/skphysicsbody/…

【解决方案2】：

即使你只有“几个”多边形物理体，每个额外的矩形物理体，无论它是否在移动，都需要在每一帧中计算出它与每个多边形物理体的距离（因此 b2Distance() 函数） .尝试降低多边形物理实体的复杂性/数量以提高帧速率。

我怀疑性能的突然下降与存储这些距离的缓存 (b2SimplexCache) 达到其最大容量（可能约为 30 个值）有关，此时缓存未命中会降低帧速率。 iOS 10 肯定增加了这个缓存。另一种解决方案是在 iOS 9 中以某种方式增加此功能的缓存，尽管我不确定如何。

【讨论】：

感谢您的回答，但我无法进一步简化正文。无论哪种方式，它们对于静态节点都不是那么复杂。动态节点只有矩形体。
您使用了多少个多边形物理体？它们是什么？
我一次使用大约 4 个多边形物理体。它们应用于代表房屋的SKSpriteNode 节点。
一次只有四个身体，肯定有某种错误影响你的表现。您能否增加 iOS 10 中测试项目中的主体数量，以查看它何时开始表现出相同的行为/问题？ @damirstuhec
我在 iOS 10 上使用 4 个多边形主体进行了测试，我需要至少 80 个带有简单矩形主体的节点才能开始看到帧下降。下降只是几帧，不像 iOS 9 那样大。