Metal ゲームのパフォーマンス問題を見つけて修正する

ハイライト

Metal パフォーマンストレースには、metalperftrace コマンドラインツールと StateReporting API が追加されました。これにより、数時間にわたるゲームセッションのパフォーマンスデータを収集、分析でき、開発者はフレームレート低下の根本原因をすばやく特定できます。

主要内容

ゲーム最適化は、さまざまなデバイスでテストし、データを収集し、結果を分析し、問題を特定して修正し、また繰り返すという循環プロセスです。手順としては普通に聞こえますが、実際の運用には痛点があります。

プレイヤーは数分ではなく、何時間もゲームを遊びます。その数時間の間に、状況は絶えず変化します。デバイスが発熱し、温度制御によるクロック低下が起き、プレイヤーが画質設定を変え、ステージを切り替え、別のシーンへ入ります。短時間のテストだけでは、長時間プレイで初めて現れるパフォーマンス問題を見落としがちです。

Metal Performance HUD は FPS、メモリ、フレーム間隔などの指標をすばやく確認できますが、データを保存できません。数時間プレイした後では、フレームレートがどの時点で落ちたかを正確に思い出すのは困難です。

Apple の解決策は、CPU、GPU、FPS、メモリなどを含む Metal パフォーマンスデータをシステムが継続的に記録することです。データは数日間保存できます。ゲーム終了後、過去にさかのぼって数時間分の完全なパフォーマンスデータを収集できます。

macOS では metalperftrace コマンドラインツールで収集します。iOS では、Developer Settings で Performance Trace を有効にし、Control Center のボタンからワンタップで収集します。

ただし、データを得ることは最初の一歩にすぎません。ある時点で FPS が 26 に落ちたと分かっても、そのときゲームが何をしていたかは分かりません。どのステージだったのか、画質設定は何だったのか、ネットワーク状況はどうだったのか。

ここで Context（文脈）が重要になります。Apple は新しい StateReporting API を導入しました。これにより、ゲームは任意の時点での動作や状態を記述し、その状態情報をパフォーマンスデータと結び付けられます。

詳細

Metal Performance HUD の基本

(00:29)

Metal Performance HUD は、ゲーム内容の上に FPS、メモリ使用量、フレーム間隔などのパフォーマンス指標を重ねて表示します。表示する指標をカスタマイズする設定パネルがあり、各指標を個別にオンオフしたり、プリセットを選んだりできます。

HUD は開発中にパフォーマンス傾向をすばやく見るには有用ですが、長期保存機能はありません。

パフォーマンスデータをさかのぼって収集する

(04:40)

システムは Metal パフォーマンスとリソース使用データを継続的に記録します。集約指標に加え、任意で CPU、GPU、FPS、Memory のフレーム単位指標も含められます。これらのデータは効率的に保存され、数日間保持できます。

macOS での収集方法

(05:00)

macOS 27 では新しい metalperftrace コマンドラインツールが提供されます。

# 過去 5 時間のデータを収集する
metalperftrace collect /tmp --last 5h

# 出力
# Metal パフォーマンストレースの収集先: /tmp
# /tmp/MetalPerfTrace_20260401_094100_to_144100.atrc

# または明示的な時間範囲を指定する
metalperftrace collect /tmp \
  --start 2026-04-01T09:41:00 \
  --end 2026-04-01T12:41:00

重要な点：

collect はサブコマンドで、出力ディレクトリを指定します。
--last は時間から日数までの範囲をサポートします。
--start と --end で正確な時間範囲を指定することもできます。
出力は .atrc 形式の trace ファイルです。

iOS での収集方法

(05:39)

iOS では一度だけデバイス設定が必要です。

Developer Mode をオンにし、Developer Settings を開きます。
Performance Trace を有効にします。
Lookback Collection を選び、さかのぼる時間を設定します。
Control Center に Performance Trace ボタンを追加します。

設定後は通常どおりゲームをプレイします。ゲーム終了後、Control Center から Performance Trace ボタンをタップすると、デバイスが指定時間分のデータを自動で収集、処理します。処理が完了すると通知が届き、trace ファイルが利用可能なファイル一覧に現れます。Mac に転送して分析できます。

trace データを分析する

(06:49)

metalperftrace overview を使う

(07:02)

metalperftrace overview /Data/MyGameTrace.atrc

# [Modern Renderer pid:13833]
# Mem: 2146.1 MiB (2343.9 Peak, 1199.4 Metal)
# Total CPU Time: 2417.601s (33.17% Sys, 66.83% User)
# Instructions: 9944836683668 (5.75% P, 94.25% E)
# Cycles: 5176430469224 (4.45% P, 95.55% E)
# Disk Reads / Writes: 317.37 / 0.04 MiB (Logical Write 0.04)
# Layer 0x729293000 (3456x2104) Interval 300.065s Active 300.065s
#   59.7 FPS  17735 Frames  188 Skipped
#   Frame Time avg: 16.74ms min: 8.33 max: 125.00 stddev: 3.70
#   CPU Begin-to-Present avg: 3.99ms min: 1.40 max: 94.37 stddev: 1.80
#   On-GPU Time avg: 13.39ms min: 5.24 max: 37.57 stddev: 1.43
#   Next Drawable Wait avg: 0.26ms min: 0.00 max: 91.08 stddev: 1.75
#   Shader Compilation Time: 0.000s (Total: 0, Cached: 18)

重要な点：

レポートは、メモリ、CPU、ディスクなどのリソース使用統計と、Metal パフォーマンス指標の2部構成です。
各 layer には FPS、フレーム数、スキップされたフレーム数が表示されます。
フレーム時間には平均、最小、最大、標準偏差が表示されます。
GPU 時間と CPU の begin-to-present 時間は重要な指標です。

trace に複数プロセスが含まれる場合、predicate で特定プロセスを絞り込むか、--json で構造化データを出力してスクリプトで処理できます。

JSON 出力

(07:58)

metalperftrace overview /Data/MyGameTrace.atrc --json --predicate 'process == "MyGame"'

重要な点：

--json は機械可読な構造化出力を生成します。
回帰テストや、AI によるパフォーマンス問題の自動分析に利用できます。
--predicate で特定プロセスを絞り込めます。

Instruments で可視化する

(08:29)

Instruments は trace ファイルを開いて可視化分析できます。データは時系列で描画され、システムが自動的に評価して異常値をハイライトします。通常範囲から外れた指標は別の色でマークされます。

タイムライン上で区間を選択すると、Instruments がその区間の統計データを自動集計します。

StateReporting API

(09:56)

パフォーマンス問題を特定するには、その瞬間のゲーム状態を知る必要があります。StateReporting API を使うと、ゲームの動作と状態変化を記述できます。

中核概念

(10:15)

Domain（ドメイン）：特定機能領域の有限状態機械です。たとえばプレイヤー進行を追跡するレベルドメインです。
State（状態）：各ドメインは同時に1つの状態だけを取れます。
Label（ラベル）：状態の名前です。例：「レベル 1」。
Stable Metadata（安定メタデータ）：状態の構造化情報を含む不変の辞書です。
Volatile Metadata（可変メタデータ）：状態内で変化する値です。例：プレイヤーの体力。

コード例

(12:10)

#import <StateReporting/StateReporting.h>

// ドメインを作成し reporter を取得する
NSString *domain = @"com.mygame.level";
SRStateReporter *reporter = [SRStateReporter reporterForDomain:domain];

// 状態遷移を報告する
[reporter reportTransitionToStateLabel:@"レベル 1"
                        stableMetadata:nil
                      volatileMetadata:nil];

// 安定メタデータ付きの遷移
[reporter reportTransitionToStateLabel:@"レベル 1"
                        stableMetadata:@{ @"id": @1001 }
                      volatileMetadata:nil];

// 状態を変えずに可変メタデータを更新する
[reporter reportVolatileMetadataUpdate:@{ @"health": @100 }];

重要な点：

ドメイン名には通常、逆 DNS 文字列を使います。
reporterForDomain: はドメインの状態 reporter を取得します。
reportTransitionToStateLabel は状態遷移を報告します。
stableMetadata は状態の不変情報を含みます。
reportVolatileMetadataUpdate は状態を遷移させずに可変データを更新します。

StateReporting とツール統合

Metal Performance HUD 統合

(13:00)

Metal Performance HUD の指標設定タブに、状態ドメインが一覧表示されます。有効にすると、オーバーレイにラベル、安定メタデータ、可変メタデータが表示されます。

metalperftrace 統合

(13:42)

trace に状態遷移が含まれる場合、metalperftrace overview はドメイン一覧、遷移回数、最後に分かっている状態を表示します。

# 完全な状態遷移を表示する
metalperftrace overview /Data/MyGameTrace.atrc --include-state-transitions

# [States]
# com.mygame.graphics
#   高 (30.59%, 14.996s)  raytracing: 1  shadow: ultra
#   中 (69.38%, 34.012s)  raytracing: 0  shadow: medium
# com.mygame.level
#   レベル 1 (20.47%, 10.033s)  biome: forest   id: 1001
#   レベル 2 (79.53%, 38.991s)  biome: volcano  id: 1002

重要な点：

--include-state-transitions は完全な状態一覧とタイムスタンプを出力します。
各状態の継続時間と比率が表示されます。
安定メタデータも含まれます。

状態ごとに指標を集計する

(14:15)

# すべてのドメインを集計する
metalperftrace overview /Data/MyGameTrace.atrc --aggregate

# 特定ドメインを集計する
metalperftrace overview /Data/MyGameTrace.atrc --aggregate \
  --domain com.mygame.graphics

# 特定の状態ラベルを集計する
metalperftrace overview /Data/MyGameTrace.atrc --aggregate \
  --domain com.mygame.graphics \
  --state-label "高"

重要な点：

--aggregate は状態ごとに指標を自動集計します。
ドメインや具体的な状態ラベルを指定できます。
レポートには状態のアクティブ時間と重複状態が表示されます。

Instruments 統合

(15:02)

Instruments は Points of Interest instrument の一部として、各ドメインに1つのトラックを作成します。各トラックには状態遷移と可変更新が描画され、文脈を理解しやすくなります。

単一の状態を選択すると、サイドバーで安定メタデータと可変メタデータを含む詳細情報を確認できます。

ベストプラクティス

(16:17)

ドメインと状態を慎重に設計する：各ドメインは概念的に直交しているべきです。1つのドメインで多すぎる次元を表さないでください。
状態遷移の頻度を制限する：StateReporting は長時間パフォーマンス分析のためのもので、高頻度な状態変化向けではありません。遷移頻度はユーザー操作の頻度以下に抑えるべきです。
状態の正しさを検証する：Metal Performance HUD と Instruments を使って、遷移が期待どおりか確認し、境界ケースをチェックします。

リリース後監視：MetricKit

(17:54)

MetricKit は2種類のデータを提供します。指標と診断です。バックグラウンドで継続的にデータを収集し、毎日ゲームプロセスへレポートを配信します。

macOS と iOS 27 では、MetricKit に Metal フレームレート情報と、StateReporting の状態ごとに集計されたフレームレートデータが追加されます。

レポートには全体平均フレームレート、時間、フレーム数が含まれ、level domain 内の状態ごとにフレームレート情報をグループ化して表示することもできます。

より深い分析ツール

(15:44)

十分な文脈が得られたら、次のツールでさらに深く分析できます。

Instruments の Metal System Trace テンプレート：詳細な CPU と GPU のスケジューリングデータを捕捉します。
Xcode の Metal Debugger：単一フレームを捕捉してプロファイルします。

重要な示唆

レベル読み込みパフォーマンス分析器：StateReporting でレベル状態と読み込み段階を報告し、metalperftrace で各レベルのフレームレートパターンを分析します。どのレベルにパフォーマンス問題があるか、それが特定のシーン要素に関係するかを見つけます。
画質設定レコメンドシステム：影品質、レイトレーシングなどの画質設定とフレームレートの関係を追跡します。--aggregate で状態ごとに指標を集計し、どの設定組み合わせがフレーム低下を引き起こすかを見つけ、デバイスごとに最適設定を推奨します。
プレイヤー行動ヒートマップ：可変メタデータでプレイヤー位置、戦闘状態などを追跡し、どのエリアや活動がパフォーマンス低下を引き起こすかを分析します。MetricKit の現場データと組み合わせて、多くのプレイヤーが遭遇するパフォーマンス問題領域を見つけます。
自動パフォーマンス回帰テスト：metalperftrace の JSON 出力を CI/CD に統合し、新バージョンのフレームレートやメモリが異常かどうかを自動検出します。AI agent で JSON データを分析し、潜在的な問題に印を付けます。
熱スロットリング警告：デバイス状態と温度状態を追跡し、フレームレート低下と熱スロットリングイベントを関連付けます。異なる温度状態でゲームがどう動くかを理解し、発熱時のパフォーマンスを最適化します。

Metal ゲームのパフォーマンス問題を見つけて修正する

ハイライト

主要内容

詳細

Metal Performance HUD の基本

パフォーマンスデータをさかのぼって収集する

macOS での収集方法

iOS での収集方法

trace データを分析する

metalperftrace overview を使う

JSON 出力

Instruments で可視化する

StateReporting API

中核概念

コード例

StateReporting とツール統合

Metal Performance HUD 統合

metalperftrace 統合

状態ごとに指標を集計する

Instruments 統合

ベストプラクティス

リリース後監視：MetricKit

より深い分析ツール

重要な示唆

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