GPU Skinning 結合 Instanced 高效實現大量單位動畫

GPU Skinning 與 Instance

蒙皮動畫

計算骨骼信息

蒙皮

GPU Skinning

CPU Skinning 與 GPU Skinning 實現方式

Skinning 類型	優勢
CPU Skinning	各平臺類似穩定
	無 CPU/GPU 傳輸損耗
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GPU Skinning	多核並行計算
	訪存速度更快
	浮點運算能力更高

Unity GPU Skinning 與 自定義 GPU Skinning 實現方式

目前 Unity 擁有一套 GPU Skinning 的流程，經過勾選 Project Setting 中的 GPU Skinning 選項便可。在 GPU 要支持 Texture Float 格式（ Sample2D_float ）下，經過 Skinning Mesh Renderer 進行 Transform feedback 結合 Geometry Shader 對 Vertex Buffer 重寫來實現。

Skinning 類型	優勢
Unity GPU Skinning	須要 OpenGL ES 3.0
	CPU 計算骨骼信息
	GPU 蒙皮
	支持 Unity 原生工具鏈
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自定義 GPU Skinning	須要 OpenGL ES 2.0
	不須要計算骨骼信息
	GPU 蒙皮

自定義 GPU Skinning

總的來講，GPU Skinning 分紅兩部分：

• 第一部分經過離線採樣過程，把對應骨骼信息和動畫矩陣烘焙在一張 Texture 上

• 第二部分經過運行蒙皮過程，經過 Shader 實時計算頂點座標。

(1)離線採樣過程

GPU Skinning Sampler

• Animation
• Mesh
• Material
• Texture

其中 GPU Skinning Animation 數據比較複雜，包含骨骼信息和動畫矩陣。

仔細觀察，以前介紹 Texture 上已經存在骨骼信息和動畫矩陣，這裏 Animation 包括多餘動畫矩陣數據，主要是爲了實如今 CPU 端獲取骨骼點實時位置，用於實現相似特效掛點之類。

(2)運行蒙皮過程

在 GPU 端獲取當前動畫幀和 Texture 上的動畫矩陣來計算頂點座標。

GPU Instance

使用少許 DrawCall 一次性繪製大量相同 Mesh 且具備不一樣參數的對象。

DrawMesh 與 DrawMeshInstanced 實現方式

Instance 接口	優勢
DrawMesh	簡單
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DrawMeshInstanced	材質改變時候能夠合批
	深度排序時候能夠合批
	一次最多繪製 1023 個

MaterialPropertyBlock

MaterialPropertyBlock 相對於修改 Material.SetXXX 性能更優，並經過避免調用 Renderer.material 致使產生新 Material，從而節省內存。

• 針對 [Per-Renderer-Data]
• 性能較好
• 新的 DrawCall

UWA https://blog.uwa4d.com/archives/1983.html

Shader

實現 Instance 一般須要三個步驟：

• 定義數據緩衝區

UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(name)

UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float4, _Property)

UNITY_INSTANCING_BUFFER_END(name)

• 定義 SV_InstanceID

UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID

UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v)

• 根據 ID 訪問緩衝區數據

UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(name, property)