Unity GPU Instance(大量相同網格物體合批)

前言

在Unity中 同網格同材質的模型是能夠合批的
動態批處理和靜態批處理均可以合批 可是都有其限制
動態批處理有頂點數不能超過900的限制 只適合比較簡單的模型
靜態批處理的物體不能移動、旋轉、縮放 而且須要消耗額外的內存來存儲合併後的物體

若是動態靜態批處理都沒法使用 可否用其餘方式合批呢？
能夠嘗試一下GPU Instance 雖然也有所限制 可是提供了更多可能

使用GPU Instancing的條件

1.Shader支持GPU Instancing
2.硬件支持GPI Instancing
3.代碼動態繪製物體

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)

限制狀況:

下列狀況不能使用Instancing：
·使用Lightmap的物體
·受不一樣Light Probe / Reflection Probe影響的物體
·使用包含多個Pass的Shader的物體，只有第一個Pass能夠Instancing前向渲染時，
受多個光源影響的物體只有Base Pass能夠instancing，Add Passes不行

GPU Instance測試

GPU Instancing確實能夠動態合批 可是須要Shader + 硬件 + 代碼的支持
好處是能夠解決動態批處理解決不了的問題 沒900頂點的限制

ps:雖然官方的Standard Shader提供了GPU Instance的選項 可是給材質設置不一樣顏色後合批失敗了 這裏有坑 使用了其餘Shader後解決

測試效果：

測試代碼：

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：經過Shader + PropertyBlock 實現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設置值 這樣就能合批了
            obj.GetComponent<MeshRenderer>().SetPropertyBlock(block);
            obj.transform.position = position;
            obj.SetActive(true);
        }
    }

    // 方法2：經過DrawMesh + Shader + PropertyBlock實現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() {
        // 測試結果：
        // 同網格 同材質 能夠合批 須要Shader支持GPU Instance + 用PropertyBlock設置參數

        // DrawMeshInstanced() 一次繪製多個物體 調用一次 一個DrawCall
        //Graphics.DrawMeshInstanced(insMesh, 0, insMaterial, insMatrices, insBlock);

        // DrawMesh() 一次繪製一個物體 屢次調用 能夠合成一批
        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);
    }

}

測試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的說明：
材質屬性塊被用於Graphics.DrawMesh和Renderer.SetPropertyBlock兩個API，當咱們想要繪製許多相同材質但不一樣屬性的對象時可使用它。例如你想改變每一個繪製網格的顏色，可是它卻不會改變渲染器的狀態。
簡單來講利用PropertyBlock設置屬性不會產生新的Mesh和Material 速度快性能高

SkinMeshRender的GPU Instancing

Unity官方開源的Animation Instacing: https://blogs.unity3d.com/cn/...

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

參考資料：
《[unity]GPU Instance學習》：https://www.jianshu.com/p/ecf...
《使用MaterialPropertyBlock來替換Material屬性操做》 https://blog.uwa4d.com/archiv...
《Unity3D研究院GPU Instancing實戰（九十七）》https://www.xuanyusong.com/ar...

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