Liczba klatek na sekundę

Średnia liczba klatek na sekundę

Płynna i stabilna liczba klatek jest kluczowa dla zapewnienia wysokiej jakości rozgrywki na urządzeniach z Androidem. Podczas pomiaru wydajności gry należy mierzyć średnią liczbę klatek na sekundę jako wartość bazową, aby uzyskać podstawowe informacje o wrażeniach z gry. Aby zapewnić użytkownikom jak najlepsze wrażenia z gry, zoptymalizuj ją pod kątem średniej liczby klatek na sekundę wynoszącej 60 FPS.

90 i 99 centyl liczby klatek na sekundę dla stabilności

Nawet jeśli gra działa płynnie przy średniej liczbie 60 klatek na sekundę, mogą występować sporadyczne zacięcia, mikroprzycięcia i nieprzewidywalne opóźnienia we wprowadzaniu danych, co negatywnie wpływa na wrażenia gracza.

Stabilność klatek jest więc równie ważna jak śledzenie średniej liczby klatek na sekundę. W tym miejscu należy mierzyć dane dotyczące liczby klatek P90 i P99 jako odpowiednio stałą wartość bazową i wskaźnik zacinania się. Te dane rejestrują „końcową” część wydajności, dzięki czemu możesz zoptymalizować płynność rozgrywki.

Wskaźniki

  • Średnia liczba klatek na sekundę (wartość bazowa): te podstawowe dane stanowią ogólną wartość bazową wydajności gry. Chociaż jest to standardowy punkt odniesienia, obliczanie średniej oznacza, że nie można wykryć sporadycznych spadków liczby klatek ani mikroprzycięć, co sprawia, że sam wskaźnik nie wystarcza do określenia wrażeń gracza.
  • P90 FPS (stała wartość bazowa na poziomie 10. percentyla): oznacza to, że 90% klatek przekroczyło tę stałą wartość bazową, a tylko najwolniejsze 10% klatek renderowało się dłużej. Jeśli liczba klatek P90 jest wysoka i zbliżona do średniej, gra działa dobrze przez zdecydowaną większość sesji.
  • FPS P99 (wskaźnik zacinania się na poziomie 1%): oznacza, że 99% klatek przekroczyło ten wskaźnik zacinania się, co pozwala wyodrębnić najwolniejszy 1% klatek. Ten wskaźnik jest niezbędny do wykrywania mikroprzycięć, opóźnień w ładowaniu zasobów i nagłych skoków w renderowaniu zasobów, które powodują widoczne zacięcia.

Przykłady

Porównując średnią liczbę klatek na sekundę z wartościami P90 i P99, możesz dokładnie zdiagnozować podstawowe zachowanie gry.

Scenariusz 1. Optymalna krzywa (zoptymalizowana gra)

  • Średnia: 60 kl./s (16,6 ms)
  • P90: 58 klatek na sekundę (17,2 ms)
  • P99: 52 klatki na sekundę (19,2 ms)
  • Analiza: dane są ściśle zgrupowane. Gra działa niezwykle płynnie i stabilnie. Nie ma mikroprzycięć, a nawet najgorszy 1% klatek jest ledwo zauważalny dla ludzkiego oka.

Scenariusz 2. Wąskie gardło obciążenia (ograniczenie przez procesor lub GPU)

  • Średnia: 45 FPS (22,2 ms)
  • P90: 40 kl./s (25,0 ms)
  • P99: 38 kl./s (26,3 ms)
  • Analiza: średnia liczba klatek jest niższa, ale utrzymuje się na stałym poziomie. Wartość P99 nie spada drastycznie w porównaniu ze średnią. Oznacza to, że system jest w zasadzie przeciążony ustawieniami graficznymi lub ograniczeniami rozdzielczości. Gra nie będzie się zacinać, ale będzie działać wolniej. Obniżenie ustawień grafiki zwykle powoduje równomierne skalowanie w górę tych wskaźników.

Scenariusz 3. Niestabilne 60 kl./s (kompilacja shadera / przesyłanie strumieniowe zasobów zacinanie się)

  • Średnia: 60 kl./s (16,6 ms)
  • P90: 45 kl./s (22,2 ms)
  • P99: 15 kl./s (66,6 ms)
  • Analiza: to najgorszy scenariusz. Chociaż średnia liczba klatek na sekundę wydaje się doskonała, wartość P99 ujawnia krytyczny problem. Wartość P99 wynosząca 66,6 ms oznacza, że gra całkowicie się zawiesza na kilka klatek naraz. Wskazuje to na poważne wartości odstające, zwykle spowodowane wąskimi gardłami procesora, opóźnieniami w przesyłaniu strumieniowym zasobów (np. powolną pamięcią RAM lub pamięcią masową) lub problemami spowodowanymi kompilacją cieniowania.

Pomiary

Aby skutecznie mierzyć średnią liczbę klatek na sekundę, P90 i P99, możesz użyć polecenia Android dumpsys surfaceflinger timestats. To narzędzie podaje średnią liczbę klatek na sekundę i presentToPresent histogram czasu renderowania wszystkich warstw. presentToPresent Czas renderowania ramki to odstęp między bieżącą a poprzednią ramką.

Oto szczegółowe instrukcje dotyczące zbierania i obliczania tych danych w przypadku Twojej gry:

  1. Rozpocznij rejestrowanie: uruchom to polecenie z flagami enable i clear, aby rozpocząć rejestrowanie informacji:

    adb shell dumpsys SurfaceFlinger --timestats -clear -enable

  2. Zrzut informacji: gdy gra będzie działać wystarczająco długo, ponownie uruchom polecenie z flagą zrzutu, aby wyświetlić informacje:

    adb shell dumpsys SurfaceFlinger --timestats -dump

  3. Filtruj według warstwy: zrzut informacji zawiera dane wszystkich warstw renderowanych przez SurfaceFlinger. Musisz znaleźć sekcję odpowiadającą Twojej grze, filtrując ją na podstawie layerName (np. layerName = SurfaceView[com.example.yourgame...]).

    layerName = SurfaceView[com.google.test/com.devrel.MainActivity]@0(BLAST)#132833

  4. Określanie średniej liczby klatek na sekundę: średnia liczba klatek na sekundę dla każdej warstwy jest obliczana automatycznie i wyświetlana bezpośrednio w danych wyjściowych zrzutu (np.averageFPS = 30,179).

    ...
averageFPS = 30.179
...

  5. Obliczanie wartości FPS P90 i P99: aby znaleźć wartości P90 i P99, musisz przeanalizować całkowitą liczbę klatek i histogram czasu presentToPresent podany w zrzucie.

    totalFrames = 1000
...
presentToPresent histogram is as below:
0ms=0 1ms=0 2ms=0 3ms=0 4ms=0 5ms=0 6ms=0 7ms=0 8ms=0 9ms=0 10ms=0 11ms=0 12ms=0
13ms=0 14ms=0 15ms=0 16ms=850 17ms=0 18ms=0 19ms=0 20ms=0 21ms=0 22ms=0 23ms=0
24ms=0 25ms=0 26ms=0 27ms=0 28ms=0 29ms=0 30ms=0 31ms=0 32ms=0 33ms=100 34ms=0
36ms=0 38ms=0 40ms=0 42ms=0 44ms=0 46ms=0 48ms=0 50ms=35 54ms=0 58ms=0 62ms=0
66ms=10 70ms=0 74ms=0 78ms=0 82ms=0 86ms=0 90ms=0 94ms=0 98ms=0 102ms=5 106ms=0
110ms=0 114ms=0 118ms=0 122ms=0 126ms=0 130ms=0 134ms=0 138ms=0 142ms=0 146ms=0
150ms=0 200ms=0 250ms=0 300ms=0 350ms=0 400ms=0 450ms=0 500ms=0 550ms=0 600ms=0
650ms=0 700ms=0 750ms=0 800ms=0 850ms=0 900ms=0 950ms=0 1000ms=0

    A. Przykład koncepcyjny (tabela dystrybucji skumulowanej) Załóżmy,że w sesji gry zarejestrowano łączną liczbę klatek wynoszącą 1000. Aby znaleźć wartości P90 i P99, oblicz próg milisekund, przy którym łączna liczba klatek osiąga odpowiednio 900 klatek (90%) i 990 klatek (99%), licząc od najniższego przedziału milisekund.

    Czas renderowania klatki (ms) Liczba klatek (histogram) Łączna liczba klatek Stan percentyla / obliczanie
    16 ms 850 850 85,0%
    33 ms 100 950 95,0%
    (Osiągnięto docelową wartość P90 wynoszącą 900! → 1000/33 = 30,3 kl./s)
    50 ms 35 985 98,5%
    66 ms 10 995 99,5%
    (osiągnięto docelową wartość P99 wynoszącą 990! → 1000 / 66 = 15,1 kl./s)
    102 ms 5 1000 100%

    B. Logika implementacji (pseudokod) Jeśli automatyzujesz tę analizę za pomocą skryptu w Pythonie lub parsera logów, logikę wyodrębniania wartości P90 i P99 z histogramu możesz zaimplementować w ten sposób:

    # Define target thresholds based on total frame count
p90_target = totalFrames * 0.90
p99_target = totalFrames * 0.99

cumulative_frames = 0
p90_fps = None
p99_fps = None

# Iterate through the parsed SurfaceFlinger histogram data (sorted by millisecond)
for ms_bucket, frame_count in present_to_present_histogram:
    cumulative_frames += frame_count

    # Capture P90 when cumulative frames cross the 90% threshold
    if p90_fps is None and cumulative_frames >= p90_target:
        p90_fps = 1000 / ms_bucket

    # Capture P99 when cumulative frames cross the 99% threshold
    if p99_fps is None and cumulative_frames >= p99_target:
        p99_fps = 1000 / ms_bucket
        break # Optimization: stop iterating once both targets are found

  6. Zatrzymaj rejestrowanie: po zebraniu wszystkich niezbędnych informacji wyłącz statystyki czasu, używając flagi wyłączania:

    adb shell dumpsys SurfaceFlinger --timestats -disable

Powolne sesje

Powolne sesje identyfikują powszechne problemy z wydajnością w rzeczywistych warunkach. Sesja jest „powolna”, jeśli ponad 25% klatek spada poniżej progu (np. 20 kl./s). Chociaż ta wartość jest przydatna do wykrywania krytycznych problemów z kompilacją, sama w sobie nie gwarantuje wysokiej jakości i trwałego działania aplikacji. Gra może nie przekraczać progu wolnej sesji, ale nadal może występować w niej mikroprzycinanie, które pogarsza płynność rozgrywki przy 60 klatkach na sekundę.

Chociaż oba te parametry są wyliczane na podstawie czasu renderowania klatki, „Wolna sesja” i „Liczba klatek” pełnią różne funkcje. Średnia, P90 i P99 FPS mierzą jakość i stabilność wydajności, wykrywając nagłe spadki i niestabilne tempo, które mogą zostać pominięte przez dane o powolnych sesjach.

Podsumowanie

Skuteczna optymalizacja skuteczności wymaga kompleksowej strategii. Deweloperzy powinni używać wolnych sesji jako głównego narzędzia do wykrywania poważnego pogorszenia wydajności, a następnie sprawdzać średnią liczbę klatek na sekundę, P90 i P99, aby zdiagnozować przyczyny i sprawdzić rzeczywistą płynność rozgrywki. Dzięki integracji tych danych możesz mieć pewność, że Twoja aplikacja zapewnia użytkownikom stale wysoki poziom wrażeń.

Dodatkowe materiały

Więcej informacji o zaawansowanych technikach profilowania, wdrażaniu interfejsu Frame Pacing API i strategiach optymalizacji specyficznych dla silnika znajdziesz w oficjalnej dokumentacji dla deweloperów Androida:

  • Android Vitals: powolne sesje: dowiedz się, jak Google Play mierzy i raportuje długotrwałe okresy powolnego renderowania, które bezpośrednio wpływają na wrażenia użytkownika. „Powolna sesja” to sesja użytkownika, w której ponad 25% klatek jest spowolnionych (np. trwa dłużej niż 50 ms, co odpowiada 20 kl./s).
  • Android Developers: Optimize Game Performance: poznaj centralne źródło informacji o optymalizacji gier na Androida. Ten obszerny przewodnik zawiera sprawdzone metody i narzędzia do profilowania (takie jak Android Performance Analyzer(APA) i Perfetto), które pomogą Ci zmaksymalizować ogólną wydajność gry.