Unity GPU Instance(大量相同网格物体合批)

前言

在Unity中 同网格同材质的模型是可以合批的
动态批处理和静态批处理都可以合批 但是都有其限制
动态批处理有顶点数不能超过900的限制 只适合比较简单的模型
静态批处理的物体不能移动、旋转、缩放 并且需要消耗额外的内存来存储合并后的物体

如果动态静态批处理都无法使用 能否用其他方式合批呢？
可以尝试一下GPU Instance 虽然也有所限制 但是提供了更多可能

使用GPU Instancing的条件

1.Shader支持GPU Instancing
2.硬件支持GPI Instancing
3.代码动态绘制物体

硬件需求：

GPU Instancing is available on the following platforms and APIs:
·DirectX 11 and DirectX 12 on Windows
·OpenGL Core 4.1+/ES3.0+ on Windows, macOS, Linux, iOS and Android
·Metal on macOS and iOS
·Vulkan on Windows and Android
·PlayStation 4 and Xbox One
·WebGL (requires WebGL 2.0 API)

限制情况:

下列情况不能使用Instancing：
·使用Lightmap的物体
·受不同Light Probe / Reflection Probe影响的物体
·使用包含多个Pass的Shader的物体，只有第一个Pass可以Instancing前向渲染时，
受多个光源影响的物体只有Base Pass可以instancing，Add Passes不行

GPU Instance测试

GPU Instancing确实可以动态合批 但是需要Shader + 硬件 + 代码的支持
好处是可以解决动态批处理解决不了的问题 没900顶点的限制

ps:虽然官方的Standard Shader提供了GPU Instance的选项 但是给材质设置不同颜色后合批失败了 这里有坑 使用了其他Shader后解决

测试效果：

测试代码：

using UnityEngine;
using System.Collections.Generic;

/// <summary>
/// PropertyBlockTest
/// ZhangYu 2019-06-17
/// <para>Blog:https://segmentfault.com/a/1190000019553301</para>
/// </summary>
public class PropertyBlockTest : MonoBehaviour {

    public GameObject prefab;
    public int count = 100;
    private Mesh insMesh;
    private Material insMaterial;
    private List<Matrix4x4> insMatrices;
    private MaterialPropertyBlock insBlock;
    private List<Color> insColors;
    private int colorID;

    private void Start () {
        GPUInstanceByBlock();
        //GPUInstanceByDrawMesh();
    }

    private void Update() {
        if (insMesh != null) DrawMeshes();
    }

    // 方法1：通过Shader + PropertyBlock 实现GPU Instance
    private void GPUInstanceByBlock() {
        MaterialPropertyBlock block = new MaterialPropertyBlock();
        int colorID = Shader.PropertyToID("_Color");
        GameObject[] objs = new GameObject[count];
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            Vector3 position = new Vector3(Random.Range(-8, 8f), Random.Range(-4, 4f), 3);
            Color color = new Color(Random.Range(0, 1f), Random.Range(0, 1f), Random.Range(0, 1f));
            block.SetColor(colorID, color);
            GameObject obj = Instantiate(prefab);
            // 用Block代替Material设置值 这样就能合批了
            obj.GetComponent<MeshRenderer>().SetPropertyBlock(block);
            obj.transform.position = position;
            obj.SetActive(true);
        }
    }

    // 方法2：通过DrawMesh + Shader + PropertyBlock实现GPU Instance
    private void GPUInstanceByDrawMesh() {
        insMesh = prefab.GetComponent<MeshFilter>().mesh;
        insMaterial = prefab.GetComponent<Renderer>().material;
        insMatrices = new List<Matrix4x4>();
        insColors = new List<Color>();
        insBlock = new MaterialPropertyBlock();
        colorID = Shader.PropertyToID("_Color");
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            Vector3 position = new Vector3(Random.Range(-8, 8f), Random.Range(-4, 4f), 3);
            Quaternion rotation = prefab.transform.rotation;
            Color color = new Color(Random.Range(0, 1f), Random.Range(0, 1f), Random.Range(0, 1f));
            // Position + Rotation + Scale > Matrix4x4
            Matrix4x4 matrix = TransformToMatrix(position, rotation);
            insMatrices.Add(matrix);
            insColors.Add(color);
        }
    }

    private void DrawMeshes() {
        // 测试结果：
        // 同网格 同材质 可以合批 需要Shader支持GPU Instance + 用PropertyBlock设置参数

        // DrawMeshInstanced() 一次绘制多个物体 调用一次 一个DrawCall
        //Graphics.DrawMeshInstanced(insMesh, 0, insMaterial, insMatrices, insBlock);

        // DrawMesh() 一次绘制一个物体 多次调用 可以合成一批
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            insBlock.SetColor(colorID, insColors[i]);
            Graphics.DrawMesh(insMesh, insMatrices[i], insMaterial, 1, Camera.main, 0, insBlock);
        }
    }

    private Matrix4x4 TransformToMatrix(Vector3 position) {
        return Matrix4x4.TRS(position, Quaternion.identity, Vector3.one);
    }

    private Matrix4x4 TransformToMatrix(Vector3 position, Quaternion rotation) {
        return Matrix4x4.TRS(position, rotation, Vector3.one);
    }

    private Matrix4x4 TransformToMatrix(Vector3 position, Quaternion rotation, Vector3 scale) {
        return Matrix4x4.TRS(position, rotation, scale);
    }

}

测试Shader：

Shader "SimplestInstancedShader"
{
    Properties
    {
        _Color("Color", Color) = (1, 1, 1, 1)
    }

        SubShader
    {
        Tags{ "RenderType" = "Opaque" }
        LOD 100

        Pass
    {
        CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma multi_compile_instancing
#include "UnityCG.cginc"

    struct appdata
    {
        float4 vertex : POSITION;
        UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
    };

    struct v2f
    {
        float4 vertex : SV_POSITION;
        UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID // necessary only if you want to access instanced properties in fragment Shader.
    };

        UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(Props)
        UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float4, _Color)
        UNITY_INSTANCING_BUFFER_END(Props)

        v2f vert(appdata v)
    {
        v2f o;

        UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v);
        UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID(v, o); // necessary only if you want to access instanced properties in the fragment Shader.

        o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
        return o;
    }

    fixed4 frag(v2f i) : SV_Target
    {
        UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(i); // necessary only if any instanced properties are going to be accessed in the fragment Shader.
        return  UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props, _Color);
    }
        ENDCG
    }
    }
}

MaterialPropertyBlock的说明：
材质属性块被用于Graphics.DrawMesh和Renderer.SetPropertyBlock两个API，当我们想要绘制许多相同材质但不同属性的对象时可以使用它。例如你想改变每个绘制网格的颜色，但是它却不会改变渲染器的状态。
简单来说利用PropertyBlock设置属性不会产生新的Mesh和Material 速度快性能高

SkinMeshRender的GPU Instancing

Unity官方开源的Animation Instacing: https://blogs.unity3d.com/cn/...

CSDN博主
《Unity中使用GPU Instancing优化SkinnedMesh渲染》https://blog.csdn.net/xoyojan...

参考资料：
《[unity]GPU Instance学习》：https://www.jianshu.com/p/ecf...
《使用MaterialPropertyBlock来替换Material属性操作》 https://blog.uwa4d.com/archiv...
《Unity3D研究院GPU Instancing实战（九十七）》https://www.xuanyusong.com/ar...

转载请标明原文地址：https://segmentfault.com/a/11...