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Framerate

Durchschnittliche FPS

Eine flüssige und stabile Framerate ist entscheidend für eine hochwertige Gaming-Erfahrung auf Android-Geräten. Bei der Messung der Spieleleistung sollten Sie die durchschnittliche FPS als Referenzwert verwenden, um ein grundlegendes Verständnis der Leistung zu erhalten. Sie sollten Ihr Spiel so optimieren, dass die durchschnittliche Framerate von 60 FPS erreicht wird, um ein optimales Spielerlebnis zu bieten.

P90- und P99-FPS für Stabilität

Auch wenn ein Spiel durchschnittlich 60 fps erreicht, kann es zu gelegentlichen Rucklern, Mikrorucklern und unvorhersehbaren Eingabeverzögerungen kommen, die das Spielerlebnis beeinträchtigen.

Die Stabilität der Frames ist also genauso wichtig wie die durchschnittliche Framerate. Hier sollten Sie die Messwerte für die P90- und P99-Framerate als konsistente Baseline bzw. als Indikator für Ruckeln messen. Diese Messwerte erfassen das „Ende“ der Leistung, damit Sie die reibungslose Nutzung für die Spieler optimieren können.

Messwerte

Durchschnittliche FPS (Basis): Dieser grundlegende Messwert bietet eine allgemeine Basis für die Leistung Ihres Spiels. Obwohl es sich um einen Standard-Benchmark handelt, können durch die Durchschnittsberechnung zeitweilige Frame-Drops und Mikroruckler nicht erkannt werden. Daher reicht er allein nicht aus, um die Spielerfahrung darzustellen.
P90 FPS (einheitlicher Referenzwert beim 10. Perzentil): Dieser Wert gibt an, dass 90 % Ihrer Frames diesen einheitlichen Referenzwert überschritten haben und nur die langsamsten 10 % der Frames länger zum Rendern benötigt haben. Wenn die P90-Bildrate hoch und nah am Durchschnitt liegt, läuft das Spiel für den Großteil der Sitzung konstant gut.
P99 FPS (Stotterindikator im 1. Perzentil): Dieser Wert gibt an, dass 99 % Ihrer Frames diesen Stotterindikator überschritten haben. Die langsamsten 1 % der Frames werden dabei isoliert. Dieser Messwert ist wichtig, um Mikroruckler, Verzögerungen beim Laden von Assets und plötzliche Spitzen bei der ressourcenintensiven Darstellung von Assets zu erkennen, die zu sichtbaren Rucklern führen.

Beispiele

Wenn Sie Ihre durchschnittliche FPS mit den Messwerten für das 90. und 99. Perzentil vergleichen, können Sie das zugrunde liegende Verhalten eines Spiels genau diagnostizieren.

Szenario 1: Optimale Kurve (optimiertes Spiel)

Durchschnittlich: 60 FPS (16,6 ms)
P90: 58 FPS (17,2 ms)
P99: 52 FPS (19,2 ms)
Analyse: Die Messwerte sind eng gruppiert. Das Spiel fühlt sich unglaublich flüssig und konsistent an. Es gibt keine Mikroruckler und selbst die schlechtesten 1% der Frames sind für das menschliche Auge kaum wahrnehmbar.

Szenario 2: Engpass bei der Last (CPU-/GPU-gebunden)

Durchschnittlich: 45 FPS (22,2 ms)
P90: 40 FPS (25,0 ms)
P99: 38 FPS (26,3 ms)
Analyse: Die durchschnittliche Framerate ist niedriger, aber konstant. Der P99-Wert sinkt im Vergleich zum Durchschnitt nicht drastisch. Dies weist darauf hin, dass das System im Grunde durch Grafikeinstellungen oder Auflösungsbeschränkungen überfordert ist. Das Spiel ruckelt nicht, sondern läuft eher träge. Wenn Sie die Grafikeinstellungen verringern, werden diese Messwerte in der Regel gleichmäßig erhöht.

Szenario 3: Instabile 60 FPS (Shader-Kompilierung / Asset-Streaming-Ruckler)

Durchschnittlich: 60 FPS (16,6 ms)
P90: 45 FPS (22,2 ms)
P99: 15 FPS (66,6 ms)
Analyse: Dies ist das Worst-Case-Szenario. Die durchschnittliche Framerate sieht zwar sehr gut aus, aber der P99 weist auf ein schwerwiegendes Problem hin. P99 bei 66,6 ms bedeutet, dass das Spiel für mehrere Frames gleichzeitig vollständig einfriert. Dies deutet auf schwerwiegende Ausreißer hin, die in der Regel durch CPU-Engpässe, Verzögerungen beim Asset-Streaming (z. B. langsamer RAM oder Speicher) oder Ruckler aufgrund der Shader-Kompilierung verursacht werden.

Messung

Um die durchschnittliche FPS, P90 und P99 effektiv zu messen, können Sie den Befehl dumpsys surfaceflinger timestats von Android verwenden. Dieses Tool bietet die durchschnittliche FPS und ein presentToPresent-Zeitachsendiagramm für alle gerenderten Ebenen. Die presentToPresent-Zeit eines Frames ist das Intervall zwischen dem aktuellen Frame und dem vorherigen Frame, der gezeichnet wird.

Hier finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Anleitung zum Erfassen und Berechnen dieser Messwerte für Ihr Spiel:

Erfassung starten: Führen Sie den folgenden Befehl mit den Flags „enable“ und „clear“ aus, um mit der Erfassung von Informationen zu beginnen:
```
adb shell dumpsys SurfaceFlinger --timestats -clear -enable
```
Informationen ausgeben: Wenn das Spiel lange genug gespielt wurde, führen Sie den Befehl noch einmal mit dem Dump-Flag aus, um die Informationen auszugeben:
```
adb shell dumpsys SurfaceFlinger --timestats -dump
```
Nach Ebene filtern: Die ausgegebenen Informationen enthalten Daten für alle Ebenen, die von SurfaceFlinger gerendert werden. Sie müssen den Abschnitt für Ihr Spiel finden, indem Sie nach layerName filtern (z. B. layerName = SurfaceView[com.example.yourgame...]).
```
layerName = SurfaceView[com.google.test/com.devrel.MainActivity]@0(BLAST)#132833
```
Durchschnittliche FPS ermitteln: Die durchschnittlichen FPS für jede Ebene werden automatisch berechnet und direkt in der Dump-Ausgabe angezeigt (z. B. averageFPS = 30.179).
```
...
averageFPS = 30.179
...
```

P90- und P99-FPS berechnen: Um die P90- und P99-Messwerte zu ermitteln, müssen Sie die in der Dumpdatei bereitgestellten Histogramme für „totalFrames“ und presentToPresent analysieren.

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. Konzeptionelles Beispiel (Tabelle mit kumulativer Verteilung) Angenommen,in Ihrer Spielsitzung wurden insgesamt 1.000 Frames aufgezeichnet. Um P90 und P99 zu ermitteln, berechnen Sie die Millisekunden-Grenzwerte, bei denen die kumulative Anzahl der Frames 900 Frames (90%) bzw. 990 Frames (99%) erreicht. Dabei wird vom Bucket mit der niedrigsten Millisekundenzahl aufwärts gezählt.

Frame Time (ms)	Anzahl der Frames (Histogramm)	Kumulative Anzahl von Frames	Perzentilstatus / Berechnung
16 ms	850	850	85,0%
33 ms	100	950	95,0% (P90-Ziel von 900 erreicht! → 1000/33 = 30,3 fps)
50 ms	35	985	98,5%
66 ms	10	995	99,5% (P99-Ziel von 990 erreicht! → 1.000 ÷ 66 = 15,1 fps)
102 ms	5	1.000	100 %

B. Implementierungslogik (Pseudocode) Wenn Sie diese Analyse mit einem Python-Skript oder Log-Parser automatisieren, kann die Logik zum Extrahieren der P90- und P99-Werte aus dem Histogramm so implementiert werden:

# 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

Erfassung beenden: Nachdem Sie alle erforderlichen Informationen erfasst haben, sollten Sie die Zeitstatistiken mit dem Flag „disable“ deaktivieren:
```
adb shell dumpsys SurfaceFlinger --timestats -disable
```

Langsame Sitzungen

Langsame Sitzungen weisen auf weitverbreitete Leistungsprobleme in der Praxis hin. Eine Sitzung gilt als „langsam“, wenn mehr als 25% der Frames unter einen bestimmten Grenzwert fallen (z. B. 20 fps). Dieser Messwert ist zwar nützlich, um kritische Probleme im Build zu erkennen, allein kann er jedoch keine qualitativ hochwertige, nachhaltige Nutzererfahrung garantieren. Ein Spiel kann den Schwellenwert für langsame Sitzungen vermeiden, aber trotzdem unter Mikrorucklern leiden, die ein flüssiges Spielerlebnis bei 60 FPS beeinträchtigen.

„Langsame Sitzung“ und „Frame-Rate“ werden zwar beide aus Frame-Zeiten abgeleitet, haben aber unterschiedliche Funktionen. Die Messwerte für durchschnittliche, P90- und P99-FPS messen die Qualität und Nachhaltigkeit der Leistung und erkennen sofortige Einbrüche und inkonsistente Raten, die beim Messwert für langsame Sitzungen möglicherweise übersehen werden.

Fazit

Für eine erfolgreiche Leistungsoptimierung ist eine umfassende Strategie erforderlich. Entwickler sollten langsame Sitzungen als primären Indikator für erhebliche Leistungseinbußen verwenden und dann die durchschnittliche FPS, P90 und P99 untersuchen, um die zugrunde liegenden Ursachen zu ermitteln und die tatsächliche Flüssigkeit des Gameplays zu überprüfen. Durch die Einbindung dieser Messwerte können Sie dafür sorgen, dass Ihre Anwendung eine durchweg nachhaltige und außergewöhnliche Nutzererfahrung bietet.

Zusätzliche Ressourcen

Weitere Informationen zu erweiterten Profiling-Techniken, zur Implementierung der Frame Pacing API und zu enginespezifischen Optimierungsstrategien finden Sie in der offiziellen Android-Entwicklerdokumentation:

Android Vitals: Langsame Sitzungen: Hier erfahren Sie, wie Google Play längere Zeiträume mit langsamem Rendern misst und meldet, die sich direkt auf die Nutzerfreundlichkeit auswirken. Eine „langsame Sitzung“ ist eine Nutzersitzung, bei der mehr als 25% der Frames langsam sind (z. B. länger als 50 ms dauern, was 20 fps entspricht).
Android Developers: Optimize Game Performance: Hier finden Sie alle Informationen zur Optimierung von Android-Spielen. Dieser umfassende Leitfaden enthält Best Practices und Profiling-Tools wie Android Performance Analyzer (APA) und Perfetto, mit denen Sie die Gesamtleistung Ihres Spiels maximieren können.

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