iOS 14 解决方案中的 SceneKit Metal 着色器编译性能错误

Question

我正在寻找 SceneKit 专家来建议一些方法来解决 iOS 14.x 和 macOS Catalyst 11.x 中 SceneKit 的内置 Metal 着色器编译中的不良性能错误。 由于我已经尝试了所有我能想到的方法来让 Apple 解决问题（TSI、反馈、Twitter、开发者论坛、Apple Evangelist），我们需要一个解决方法。

使用带有 SceneKit 跟踪功能的 Xcode Instruments 应用程序，在 iOS 14.0、14.1 和 14.2 Beta（包括 Beta 4）中，SceneKit 着色器编译似乎比 iOS 13.7 慢了大约 100 倍。 例如，在 iOS 13.7 中编译着色器通常需要 SceneKit 1-2 毫秒，而在 iOS 14 中可能需要多达 200 毫秒。

每次我们向可见场景中的父节点添加新模型节点树时，SceneKit 似乎都会自动编译着色器。

在我们的应用程序中加载几十个模型节点的典型 SceneKit 场景可以从不到 2 秒到超过 30 秒。 由于 SceneKit 着色器编译发生在似乎由 CADisplayLink 处理程序调用的渲染线程上，因此整个应用程序 UI 可能会完全冻结数秒（测试中为 30+）。 这极大地影响了我们基于 SceneKit 的应用程序的可用性。

如果您认为要获得 60-30 fps 的场景更新，您需要每帧花费不超过 16-33 毫秒以避免丢帧，多帧每花费 200 毫秒真的很糟糕。 （如果您想在 iPad Pro 上获得 120 fps...）

这个问题的一个问题是它非常不一致：我可以用 Instruments 运行一次应用程序，编译时间会很好（1-2 毫秒），我会再运行几次，每次运行都会很糟糕着色器编译（100-200 毫秒）。 我认为有一些 Metal 着色器缓存正在进行，但我不知道它是如何工作的以及是什么导致它失效。

我已经尝试了几十种方法来解决这个问题：多个队列/线程/操作、事务、延迟节点添加以一次添加多个节点、使用执行（避免：致命的崩溃错误）等。我尝试添加节点在所有其他节点之前或在所有其他节点之后点亮。

我们在整个模型中使用 PBR 材料，并且在大多数场景（例如室外的太阳或月亮、室内的灯）以及环境照明中启用了多个带阴影的灯光。 在 SCNView 非 AR 模式下不启用反射，但显然 ARSceneView 确实启用了它们。 我们通常不使用我们自己的任何着色器，但有一些场景使用自定义着色器修改器，这些修改器在移除后似乎没有任何效果。

任何和所有建议都非常感谢。 谢谢！

以下是在装有 iOS 14 的 iPad Pro 11 (2018) 上运行该应用程序的 Instruments 12.1 的示例场景屏幕截图和着色器编译时间：

00:01.347.989   667.58 µs   Compile shader  
00:01.349.275   579.62 µs   Compile shader  
00:01.350.529   779.17 µs   Compile shader  
00:01.353.772   809.92 µs   Compile shader  
00:01.358.928   909.54 µs   Compile shader  
00:01.361.232   831.96 µs   Compile shader  
00:01.363.443   779.17 µs   Compile shader  
00:01.371.931     1.09 ms   Compile shader  
00:02.336.543   786.88 µs   Compile shader  
00:02.338.079   594.67 µs   Compile shader  
00:02.344.969   805.38 µs   Compile shader  
00:02.349.393   845.71 µs   Compile shader  
00:02.351.679   775.33 µs   Compile shader  
00:02.353.969   714.75 µs   Compile shader  
00:02.355.389   578.96 µs   Compile shader  
00:02.374.813   243.54 ms   Compile shader  
00:02.619.090   204.87 ms   Compile shader  
00:02.824.654   203.34 ms   Compile shader  
00:03.033.721   203.22 ms   Compile shader  
00:03.245.523   199.92 ms   Compile shader  
00:03.446.541   641.67 µs   Compile shader  
00:03.458.231   200.25 ms   Compile shader  
00:03.670.527   202.03 ms   Compile shader  
00:03.875.402   200.12 ms   Compile shader  
00:04.089.184   725.21 µs   Compile shader  
00:04.091.070   201.98 ms   Compile shader  
00:04.297.075   212.00 ms   Compile shader  
00:04.509.799   200.11 ms   Compile shader  
00:04.710.886   203.88 ms   Compile shader  
00:04.915.507   199.86 ms   Compile shader  
00:05.116.368   199.27 ms   Compile shader  
00:05.316.424   200.51 ms   Compile shader  
00:05.517.957   203.45 ms   Compile shader  
00:05.722.065   646.38 µs   Compile shader  
00:05.723.205   582.29 µs   Compile shader  
00:05.802.072   831.96 µs   Compile shader  
00:05.808.265   203.29 ms   Compile shader  

Answer 1

我在 iOS 14 中看到了类似的性能回归。在 App Clip 中运行的基于 SceneKit 的 ARKit 项目甚至发生了完全冻结。 您最近是否听说过任何改进或解决方法？