Unity - Manual: Graphics performance and profiling

CPU压力

Batching

在GPU渲染前，CPU会把数据按batch发送给GPU，每发送一次，都是一个drawcall，GPU在渲染每个batch的时候，会切换渲染状态，这里的渲染状态指的是：影响对象在屏幕上的外观的渲染属性或材质，比如：材质球，贴如，颜色，渲染模式(透明、半透明)等

• Unity中的合批方式：
  • 优先级:
    • SRP Batcher / Static Batching
    • GPU Instancing
    • Dynamic Batching

StaticBatching:

• static batching 的目的不是减少drawcall ,而是减少渲染状态的改变，因为在渲染之前，要设置该物体的各种渲染属性，如果是同一个批次，只设置一次就好了。
• static batching 之所以不会减少drawcall，是因为静态合批的物体是可以被裁剪的，它只是合并了顶点数组，但是顶点索引还是单独的，这样就可以根据索引值来决定绘制哪些submesh,比如10个网格 static batch 成了一个网格，但是第5个网格没在视锥体内，则有2个drawcall，第1-4个submesh，第6-10个submesh,第5个是被裁剪了，虽然是2个drawcall，但是渲染状态只设置1次
• 如果不静态合批，虽然这10个mesh 的材质球、贴图都是一样的，也会分10个drawcall 去绘制，也就是10个batch ,要设置10次渲染状态。

细节补充:

• 1. 在编辑器中静态合批,Unity不会使用任何运行时的CPU资源来生成网格数据
• 2. 运行时进行静态合批会有一次较高的CPU峰值,可能会造/成一次卡顿
• 3. 完成静态合批后,对象成为一个整体,且为静态,无法修改Transform属性
• 4. 运行时可以对合批后的根对象staticBatchRoot进行Transfform属性的修改,
• 5. 不过运行时合批的对象需要开启Read/Write选项
   

手动网格合并

原理：

• 手动合并网格，和静态合批差不多，但是它不能裁剪submesh，如果视野中只有单个submesh，也会绘制整个mesh

• 动态合批主要针对一些老旧的机型，它的原理是把许多小的模型，在CPU上收集他们的数据，比如渲染状态什么的，一次性提交到GPU，减少drawcall，但是在新的机型上，多个drawcall花费的时间，可能比收集数据还要少，动态合批的目的是为了减少CPU的耗时，但是合批本身就消耗CPU
• 限制条件比较多：模型的顶点数不能超过900，如果包含了多个属性，比如uv1，uv2，顶点书就不能超过900/属性个数
• 比如应用到：网格，粒子系统

GPU Instance

原理:

• Unity对于所有符合要求的对象,将其位置、缩放、uv偏移、lightmappindex等相关信息一次性存到Constant Buffer常量缓冲区中，当一个对象作为实例进入渲染流程时，会根据传入的Instance ID来从显存中取出对应的信息，用于后续的渲染阶段，不用每次都发送数据到GPU，也就是减少了渲染状态的设置和drawcall的调用，适用于静态模型，比如场景中的树，花草

使用方法：

• 在材质的Inspector面板中勾选Enable Instancing的选项
• 使用Graphics.DrawMeshInstanced或Graphics.DrawMeshInstancedirdirect 手动调用GPU instance
• 通过MaterialPropertyBlock给不同的instance，设置不同的表现
• 和SRPBatcher不兼容，不支持Skinned Mesh Render，也就是不支持带骨骼动画的对象

MaterialPropertyBlock

• 使用MaterialPropertyBlock设置随机颜色，不会打断合批，如果直接用material.setcolor 则会打断合批，因为那是一个单独的材质球，和GPU Instance适配，和SRP Batcher不适配

使用方法：

 MaterialPropertyBlock mpb = new MaterialPropertyBlock();

 mpb.SetColor("_Color", Color.red); // 设置颜色属性
 mpb.SetFloat("_Glossiness", 0.5f); // 设置浮点数属性
 mpb.SetTexture("_MainTex", someTexture); // 设置纹理属性

// 获取 Renderer 并应用 MaterialPropertyBlock
 Renderer renderer = GetComponent<Renderer>();
 renderer.SetPropertyBlock(mpb);


- 适用于需要频繁修改材质属性的情况，而不需要创建新的材质实例。
- 使用MaterialPropertyBlock不会影响材质的全局属性，只会影响应用了该MaterialPropertyBlock的特定Renderer
- 确保你的Shader中有对应的属性名，例如 _Color、_Glossiness、_MainTex 等。

缺点：

• 优先级比较低、提交一次drawcall 耗时比平常要多一点

优点:

• 相比静态合批不会带来额外的内存压力
• 相比动态合批没有严格的顶点限制
• 与MaterialPropertyBlock很适配,不会打断合批

适用场景:

• 需要画大批相同Mesh的场景,如草海、树林之类的

SRP Batcher

• 对于使用相同的着色器变体的材质，即使材质球不一致，只要shader一致就可以，CPU会把这些对象的渲染状态，一次性提交到GPU缓存起来，这次提交称为一个SRPBatcher
• 只要该对象的材质球不改变，GPU缓存就不用更新，所以CPU就不用每次都设置这些对象的渲染状态了，只调用drawcall就可以了
• 通过frame debugger 可以查看一共进行了多少次SRPBatcher，每一个SRPBatcher可能包含若干个drawcall，因为shader一样并不代表材质球一样
• 一个shader，使用了关键字变量，就会生成多个变体，每一个变体可以认为是一个单独的shader

使用前提：

• ​​​​​​​渲染管线要求:
  • 支持URP、HDRP、SRP,不支持Built-in管线
• 游戏对象要求
  • 必须包含一个Mesh或者Skinned Mesh,不能是粒子
  • 不能使用MaterialPropertyBlock
  • Shader必须兼容SRP Batcher
     

优点:​​​​​​​

• 节省UniformBuffer的写入操作，支持动态物体,支持的范围要比静态合批更广泛,同时内存上的代价会小很多，材质多的情况也适用

适用场景:​​​​​​​

• Shader重复率高,但是要控制Shader变体的数量
   

GPUSkinning

原理：

• GPUSkinning主要应用于带骨骼动画的mesh
• 之前是CPU根据骨骼权重，计算顶点的位置，如果骨骼动画较多，CPU会比较吃力，通过把每一帧模型的骨骼权重信息，以及它的缩放平移旋转矩阵，通过RT记录下来，在GPU中计算顶点的位置，实现动画
• 减少drawcall
• 适用于大批量的带有骨骼动画的场景

Culling

在GPU进行渲染之前，需要CPU传递渲染数据给GPU，因此需要先将一部分不需要进行渲染的对象进行剔除，也就是Culling。Unity引擎原生就支持了视椎体剔除，即将视域体范围外的对象进行剔除，这部分对象的数据就不用传给GPU进行处理。

在Unity中,所有的可视内容都继承自Renderer,比如MeshRenderfer、SpriteRenderer、LineRenderer、SkinnedMesh Renderer、TrailRenderer等在Unity进行渲染的过程中会它们进行筛选,自动执行视锥体剔限的操作

如果场景中激活的相机数量多,那么Cullling的总耗时也相应增高，即使没有用来显示物体，也会执行culling 耗时，函数体现在  Render 线程中的->Camera.Renderer 

CullingGroup

CullingGroup是Unity提供的一个API接口,它本身和Unity自己的Cu系统以及LOD是同一体系,相当于开放了一些Cull底层的功能供用户使用
Unity - Manual: CullingGroup API

Occlusion

基本介绍
摄像机在每一帧中执行剔除操作,这些操作会检查场景中的渲染器,并排除
(剔除)那些不需要绘制的渲染器
默认情况下,摄像机执行视锥体剔除

工作原理
在Unity Editor中生成有关场景的数据,然后在运行时使用该数据确定摄像机可以看到的内容,生成数据的过程称为烘焙.
在对遮挡剔除数据进行烘焙时,Unity将场景划分为多个单元,并生成描述单元内几何体以及相邻单元之间可见性的数据,然后,Unity尽可能合并单元,以减小生成的数据的大小,在运行时,Unity会将这些烘焙的数据加载到内存中,并且对于每个启用了Occlusion Culling属性的摄像机,将会对数据执行查询以确定该摄像机可以看到的内容

在CullSendEvents的子线程下方会出现CullQueryPortalVisibilitylJmbra函数
测试中该函数也会出现在工作线程中

使用建议

遮挡物:

• 大的遮挡物具有良好的遮挡质量,比如山
• 组合起来大的遮挡物并不合适,因为遮挡无法累计,如森林
• 不要有太多的缝隙,如奶酪
• 建模时要注意避免无意造成的缝隙
• 尽量不要让相机能进入遮挡物内部,可通过碰撞实现

被遮挡物:

• 可以将大部分都设置为被遮挡物,便于被剔除
• 非常大的物体不适合作为被遮挡物,因为它总会被看到,如地形,可以考虑将其分割为多个部分