面试题：Objective-C 的 ARKit 中光照处理与性能优化

Question

在 Objective-C 利用 ARKit 进行复杂场景开发时，场景中存在多个动态光照效果，可能会导致性能问题。请阐述如何优化光照处理以提升性能，包括但不限于对 ARKit 光照相关 API 的合理使用以及 Objective-C 内存管理方面的考量。

Answer 1

1. 合理使用 ARKit 光照相关 API

• 减少不必要的光照计算：
  • 避免在每一帧都重新计算光照信息。对于相对静态的场景部分，可以预先计算光照并缓存结果。例如，如果场景中有一些固定的建筑结构，对其光照效果进行一次计算后保存，后续不再重复计算。
  • 使用 ARLightEstimate 中的 ambientIntensity 和 ambientColorTemperature 等属性来设置整体环境光。但不要频繁读取和更新这些属性，因为获取光照估计信息是有一定开销的，可根据实际需求在合适的时间间隔（如每几秒）进行更新。
• 优化光照类型选择：
  • 尽量使用简单的光照模型，如环境光（Ambient Light）和方向光（Directional Light），它们的计算开销相对较小。点光（Point Light）和聚光（Spot Light）等复杂光照类型，尤其是在数量较多时，会显著增加性能开销。若必须使用，要严格控制其数量和影响范围。
  • 对于动态光照，考虑使用基于图像的光照（Image - Based Lighting, IBL），它可以通过预计算的光照探针（Light Probe）来近似模拟复杂光照效果，且性能消耗相对较低。在 ARKit 中，可以利用 ARSCNView 结合 SceneKit 的光照功能来实现。

2. Objective - C 内存管理方面的考量

• 对象生命周期管理：
  • 确保光照相关对象（如 SCNLight 对象）在不再使用时被及时释放。在 AR 场景中，如果一个光照效果只在某个特定阶段出现，当这个阶段结束时，通过将对应的光照对象设置为 nil，并利用 Objective - C 的自动引用计数（ARC）机制来释放内存。
  • 对于创建光照效果过程中使用的临时对象，如用于计算光照参数的中间变量，要及时释放。例如，如果使用一个 NSMutableArray 来存储光照计算的临时数据，在计算完成后将其清空并释放，防止内存泄漏。
• 内存缓存与复用：
  • 建立光照资源缓存机制。对于一些重复使用的光照设置或光照效果，可以缓存起来重复利用，而不是每次都重新创建。例如，如果场景中有多个相似的区域需要相同的光照效果，可以将第一次创建的光照对象缓存到一个 NSDictionary 中，后续需要时直接从缓存中获取。
  • 复用内存空间。在更新光照效果时，尽量在现有对象上进行修改，而不是创建全新的对象。例如，对于 SCNLight 对象，通过修改其属性（如强度、颜色等）来实现不同的光照效果，而不是每次都创建新的 SCNLight 实例。