正文
我们先来看看VR渲染管线和传统渲染管线的区别。如图2所示为传统游戏的渲染管线，其中CPU和GPU是并行处理的，以实现最高的硬件利用效率。但此方案并不适用于VR，因为VR需要较低和稳定的渲染延迟，传统游戏的渲染管线无法满足此项要求。
以图2为例，第N+2帧的渲染延迟会远高于VR对延迟的最低要求，因为GPU必须先完成第N+1帧的工作，再来处理第N+2帧的工作，因而使得第N+2帧产生了较高的延迟。此外，由于运行情况
不同，我们可以发现第N帧、第N+1帧和第N+2帧的渲染延迟也会有所差异，这对VR的体验也是不利的，因为一直变动的延迟会让用户产生晕动症（simulation sickness）。
图 2 传统游戏的渲染管线
因此，VR的渲染管线实际上如图3所示，这样能确保每帧可以达到最低的延迟。在图3中，CPU和GPU的并行计算被打破了，这样虽然降低了效率，但可确保每帧实现较低和稳定的渲染延迟。在这种情况下，CPU很容易成为VR的性能瓶颈，因为GPU必须等待CPU完成预渲染（绘制调用准备、动态阴影初始化、遮挡剔除等）才能开始工作。所以CPU优化有助于减少GPU的闲置时间，提高性能。
图 3 VR游戏的渲染管线
《猎影计划》VR游戏背景
《猎影计划》是腾讯旗下利用Unreal Engine 4开发的一款基于PC的DirectX 11 FPS虚拟现实游戏，支持Oculus Rift和HTC Vive。为了使《猎影计划》在英特尔处理器上实现最佳的游戏体验，我们与腾讯紧密合作，努力提升该游戏的性能与用户体验。测试结果显示，在本文所述的开发阶段，经优化后帧率得到了显着提升，从早期测试时跑在Oculus Rift DK2（分辨率1920x1080）上的每秒36.4fps提升至本次测试时跑在HTC Vive（分辨率2160x1200）上的每秒71.4fps。以下为各阶段使用的引擎和VR运行时版本：
之所以在开发阶段会使用到不同的VR运行时的原因在于，《猎影计划》最初是基于Oculus Rift DK2开发的，稍后才迁移至HTC Vive。而测试显示采用不同的VR运行时在性能方面没有显着的差异，因为SteamVR和Oculus运行时采用了相同的VR渲染管线（如图3所示）。在此情况下，渲染性能主要由游戏引擎决定。这点可在图6和图15中得到验证，SteamVR和Oculus运行时在每帧的GPU渲染结束后才插入GPU任务（用于镜头畸变校正），而且仅消耗了少量GPU时间（约1ms）。
如图4所示为优化工作前后的游戏截图，优化之后绘制调用次数减少至原来的1/5，每帧的 GPU执行时间平均从15.1ms缩短至9.6ms，如图3和4所示：
图4 优化前（左）后（右）的游戏截图
测试平台的规格：
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英特尔酷睿i7-6820HK处理器（4核，8线程）2.7GHz
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NVIDIA GeForce GTX980 16GB GDDR5
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图形驱动程序版本：364.72
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16GB DDR4 RAM
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Windows10 RTM Build 10586.164
初步分析性能问题
为了更好地了解《猎影计划》的性能瓶颈，我们先综合分析了该游戏的基本性能指标，详情见表1。表中数据通过几种不同的工具收集，包括GPU-Z、TypePerf和Unreal Frontend等。将这些数据与系统空闲时的数据比较可得出以下几点结论：
