问题

为什么Flutter写的界面比Unity3D流畅?

回答
要详细地解释为什么 Flutter 编写的界面通常比 Unity3D 的界面更流畅,我们需要深入理解它们的设计理念、渲染管线、UI 构建方式以及目标应用场景。

以下是详细的解释:

1. 核心设计理念和渲染管线差异

Flutter: Flutter 是一个声明式 UI 框架,其核心是自绘引擎 (Skia)。它绕过了原生平台的 UI 组件,直接在 GPU 上绘制所有像素。
自绘引擎 (Skia): Skia 是一个高性能的2D图形库,被 Google 用来驱动 Chrome 浏览器、Android 系统以及 Flutter。Skia 能够高效地处理形状、文本、图像、动画和复杂的布局。
直接绘制: Flutter 的渲染引擎(Dart 虚拟机 + Skia)直接与操作系统底层的图形 API(如 OpenGL ES, Vulkan, Metal, DirectX)交互,将 UI 元素绘制到屏幕上。这意味着 Flutter 对渲染过程有完全的控制权,可以优化每一个像素的绘制。
渲染优势: Skia 在绘制矢量图形、文本、阴影、渐变等方面非常高效。由于 Flutter 绘制的是“像素级”的 UI,它能精确控制每一个元素的绘制顺序和状态,减少了平台 UI 组件之间的转换开销。

Unity3D: Unity 是一个游戏引擎,虽然它也支持创建 UI 系统(UGUI),但其核心设计目标是3D渲染和游戏逻辑。
GameObject 和 Component: Unity 的核心是 GameObject 和 Component 模型。UI 元素在 Unity 中也是以 GameObject 的形式存在,并附加各种 Component(如 RectTransform, Image, Text, Button 等)。
渲染管线: Unity 的渲染管线通常更加复杂,因为它需要处理 3D 模型、材质、光照、阴影、相机、物理等。即使是 UI 系统,也往往建立在 3D 渲染管线之上,或者是在其内部进行绘制。
渲染劣势 (UI 方面):
批处理 (Batching): Unity 的 UI 系统为了提高性能,会尽可能地进行批处理(UI Batching)。但当 UI 元素数量巨大,且它们的材质、纹理、或渲染设置有细微差异时,批处理的效果会大打折扣,导致大量的 Draw Call,从而降低帧率。
Canvas 系统: Unity 的 UGUI 使用 Canvas 来组织 UI。Canvas 本身是一个 Renderable,它将所有的子 UI 元素渲染到一个或多个纹理上。当 UI 结构复杂、层级嵌套深时,Canvas 的重绘(rebuild)会带来性能开销。
原生 UI 模拟: Unity 在很多情况下需要模拟或适配原生平台的 UI 特性,这可能带来额外的抽象层和性能损失。

2. UI 构建和状态管理

Flutter: Flutter 的 UI 是基于 Widget 的组合。Widgets 是不可变的(Immutable)描述 UI 的轻量级对象。当 UI 的状态发生变化时,Flutter 会创建一个新的 Widget 树来描述新的 UI 状态。Flutter 的框架会高效地比较新旧 Widget 树,只更新需要变化的部分,这个过程被称为 "diffing" 或 "reconciliation"。
StatelessWidget 和 StatefulWidget: UI 的动态性通过 StatefulWidget 和其 State 对象来管理。当 State 改变时,会触发 `setState()`,进而重新构建 Widget 树。
高效更新: 由于 Widget 是轻量级的描述,并且有高效的 diffing 机制,Flutter 能够以非常低的开销更新 UI 的局部。

Unity3D: Unity 的 UI 更新通常是命令式的,或者通过事件驱动。
UGUI 的修改: 当你在 Unity 中修改一个 UI 组件的属性(如 Text 的内容、Image 的颜色)时,这通常会触发该组件所在的 Canvas 或其父级组件的标记为脏 (dirty),并在下一帧进行更新。
性能瓶颈:
大量修改: 如果一次性修改大量的 UI 元素,可能会导致多次 Canvas 重绘或批处理的破坏,尤其是在复杂的 UI 场景下。
事件处理: Unity 的 UI 事件系统在处理大量 UI 交互时也可能成为瓶颈。
Object Pool: 虽然可以通过对象池来复用 UI 元素,但每次创建或销毁 UI 元素仍然有性能开销。

3. 动画和过渡

Flutter: Flutter 对动画和过渡有着一流的支持,这得益于其声明式UI和直接绘制能力。
动画曲线 (Animation Curves): Flutter 提供了丰富的动画类(如 `Animation`, `Tween`, `AnimationController`)和内置的动画曲线,可以轻松创建各种平滑、复杂的动画和过渡效果。
GPU 加速: 动画的更新直接作用于 Skia 渲染,并能充分利用 GPU 加速,使得动画过渡非常流畅。
帧率同步: Flutter 致力于与屏幕的刷新率同步(通常是 60Hz 或 120Hz),以实现最高效、最流畅的动画表现。

Unity3D: Unity 也支持动画,但其动画系统更多地是为 3D 游戏中的角色动画、摄像机动画等设计的。虽然 UGUI 也支持动画(如 Animator 组件),但通常来说:
复杂性和开销: 为 UI 创建复杂的动画可能需要更多的设置和代码,并且在 Unity 的渲染管线中,UI 动画的实现方式可能不像 Flutter 那样原生和高效。
独立于帧率: Unity 的一些动画系统可能更依赖于 `Time.deltaTime`,这在某些情况下可能导致动画的平滑度受到帧率变化的影响(尽管有解决方案)。

4. 应用场景和目标

Flutter: Flutter 的核心目标是构建美观、高性能的跨平台原生应用界面。它被设计用来处理各种 UI 场景,从简单的按钮到复杂的图表和动画。
移动端为主: Flutter 在移动端(iOS 和 Android)表现尤为出色,因为它直接生成原生 ARM 代码并使用 Skia,避免了 WebView 或原生组件桥接的开销。

Unity3D: Unity 的核心目标是开发跨平台的游戏和交互式3D内容。虽然它可以用于非游戏应用,但其强大的 3D 功能和复杂的管线在仅仅需要 2D UI 的场景下可能会带来不必要的开销。
3D 渲染的权重: 即使在 Unity 中构建 UI,底层的渲染管线和引擎的许多特性仍然在运行,这对于一个纯粹的 UI 应用来说是“重”的。

总结 Flutter 比 Unity3D UI 更流畅的原因:

1. 自绘引擎 (Skia) 的效率: Flutter 使用高性能的 Skia 引擎直接在 GPU 上绘制所有像素,拥有对渲染过程的完全控制权,尤其擅长矢量图形、文本和动画的平滑绘制。
2. 轻量级 Widget 和高效的 Diffing: Flutter 的声明式 UI 采用不可变的 Widget,通过高效的 Diffing 算法只更新需要改变的部分,极大地减少了 UI 更新的开销。
3. 专门为流畅 UI 设计: Flutter 的核心设计目标就是提供流畅、响应迅速且视觉美观的用户界面,其动画和过渡机制原生且高效。
4. 避免原生组件桥接: Flutter 不依赖于原生平台的 UI 组件,而是自己绘制,避免了跨平台桥接带来的性能损耗和不一致性。
5. 更轻的引擎开销 (针对 UI): 相比于功能强大的游戏引擎 Unity,Flutter 的引擎和渲染管线为 UI 应用而优化,没有 3D 渲染、物理引擎等非必需的复杂性带来的开销。

举个例子说明差异:

想象你有一个列表,里面有很多文本项。

在 Flutter 中: 当列表滚动时,Flutter 会高效地创建新的 Widget 来描述可见的列表项,并利用 Skia 快速绘制它们。即使文本内容或样式有细微变化,Diffing 机制也能只更新受影响的文本元素。动画(如滚动效果)会与屏幕刷新率同步。

在 Unity 中: 列表项可能被表示为多个 GameObject。滚动时,可能需要移动这些 GameObject,更新它们的 RectTransform。如果列表项有不同的字体、颜色或图片,Unity 的 UI Batching 可能会被破坏,导致更多的 Draw Call。如果 Unity 的帧率低于列表项的渲染速度,动画就会显得不那么流畅,或者需要额外的逻辑来处理。

因此,对于纯粹的 UI 构建和交互,Flutter 的设计和技术栈使其在流畅度、响应速度和资源利用率上通常优于 Unity3D 的 UI 系统。而 Unity 的强项在于 3D 渲染、复杂的物理交互以及游戏逻辑的实现。

网友意见

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碰巧去年参与了一个盒马小镇的游戏化项目,因为盒马是阿里系,所以强推flutter,应该是跟他们的技术栈有关,但是最终评估下来还是选了egret。

flutter的核心问题是其渲染调用逻辑不适合于游戏项目,因为flutter在这块上更像是react vue这种页面框架,是为不常的刷新页面且要刷新也只是局部控件重绘的,因此他们重绘一次界面的时间点在一个setState的时候,对于对应被改变状态的控件进行立即重绘。就这一点就完完全全不适合每一帧整个画面都有70%以上元素需要重绘的游戏项目,当然也正是因此,他是有可能产生比unity甚至是所有游戏引擎显然更流畅的错觉的。

之所以造成flutter看起来更流畅,实际上是因为你的“游戏”需要渲染的东西非常简单,很可能就真的只有非常简单的几个css控件而已(这里先不讨论css完全不适合做游戏ui的问题),甚至你的“游戏”逻辑改的往往只是一些label,连动画可能都没有。这时候底层重绘一次整个页面的用时非常之小(远低于1/60秒),其实际fps是非常高的,flutter没记错的话是没有游戏的update概念的,所以就不存在“锁帧”这么一说。事实上有很多简单的小游戏不锁帧fps也远大于60的(顺带一提,早年的武林群侠转,也就是江湖小虾米那个游戏,你用现在的电脑跑跑看,别用变速齿轮,就会让你体验这种“flutter式的流畅”),更何况是你的“游戏”很可能都到不了demo级,只是UI美术素材看起来是哪儿扒来的好看点,但是对于渲染逻辑来说不会比绘制一个方块“麻烦”多少。而因为你的“游戏”本身不太需要update,比如对于界面的改变量极小,外加你调用update的频率比较高,比如你在didMount打个log出来看看就会发现这个log要么不出现要么一次性出现非常多,所以导致了部分时间渲染处理是空闲的,不空闲的时候“帧率”极高(因为setState一次相当于unity执行一次update),这种不稳定结合元素简单本身就可以达到极高帧率,所以产生了这个错觉——你可以试试看unity也就放这么点东西,然后设置里面不锁帧,他一样会非常“流畅”。

因此,简单的界面下,不管是不是游戏,只要整个页面足够简单,非游戏框架,就拿h5来说,flutter react都会比游戏引擎egret laya cocos显得流畅,但这是因为做错了才产生的错觉,当你做一个正常的游戏的时候,这些非游戏框架的问题就会暴露,不光性能可能扛不住,就是真的做个游戏界面,css也是完全不合适的——这些非游戏框架的设计思路本身和做游戏就是完全完全不同的,包括布局包括渲染刷新方案,这跟针对的业务是有关的。

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