UPL6-4——GPU Instancing

GPU Instancing

GPU Instancing 就是 GPU 实例化的意思，它是一种减少 Draw Call，提高渲染效率 的技术，主要用来批量绘制大量相同的网格（Mesh）对象

它的主要原理，当开启 GPU Instancing 后，Unity 会将一份 网格 和 材质 上传到 GPU，并且还会传递一批 实例数据（里面包含每个物体的位置、旋转、缩放、颜色等等）
GPU 收到数据后，会通过对象的实例化 ID 找到对应的参数，动态计算世界坐标，让 GPU 在一次 DrawCall 中绘制出许多相同的对象

说人话：GPU Instancing 利用 CPU 一次 DrawCall 告诉 GPU 的数据，GPU 自己根据数据绘制 N 个不同但是材质相同、网格相同的对象

比如：CPU 只通过一次 DrawCall 告诉 GPU 要绘制树，同时告诉了 GPU 这里 n 棵树的坐标、旋转、缩放、颜色等等数据，GPU 就利用这些数据批量的绘制 n 棵树

注意：

  1. GPU Instancing 和 动态和静态批处理 的原理区别

    动态和静态批处理，它们都需要在 CPU 端合并网格，再告诉 GPU，一个批次依然是一个大网格，这样在 CPU 端有 合并计算 和 内存 的开销
    而 GPU Instancing 中 CPU 不会有太多额外开销（因为它只负责传递数据，并不再计算），而是把开销交给了 GPU
    因为需要在 GPU 中根据数据进行更多矩阵运算，来绘制对象

  2. 一个对象同时开启它们时，优先级为：静态批处理 > GPU Instancing > 动态批处理

Unity 还提供了相关 API 配合 GPU Instancing 使用

如何开启 GPU Instancing

在想要进行 GPU Instancing 对象的材质球中，勾选 Enable GPU Instancing，在 任意渲染管线 和 Shader 中都可使用

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GPU Instancing 的使用限制

  1. 相同网格

    所有想要进行 GPU Instancing 处理的对象必须使用同一网格

  2. 相同材质（颜色、额外属性可以变化；贴图、Shader 关键字不能变化）

    所有对象必须使用同一材质，并且 Shader 必须支持 GPU Instancing
    Unity 中默认 Shader 都支持它，如果是自定义 Shader，满足基本处理（不要求不同颜色等属性）只需要加入编译指令：#pragma multi_compile_instancing​
    如果想要支持不同颜色、金属度、透明度等等，可以查看官方文档：Creating shaders that support GPU instancing - Unity 手册

  3. 必须启用材质球上的 Enable GPU Instancing

  4. 不支持 SkinnedMeshRenderer（蒙皮网格渲染器）

    只支持 MeshRenderer​ 或者 Graphics.RenderMesh 等 API 绘制的网格

等等

适合使用 GPU Instancing 的情况

适合的情况

  1. 大量相同物体时

    比如草地、森林、石头、瓦片、建筑模型、子弹 等等

  2. 实例之间只有少量差异

    不同颜色或亮度、不同缩放比例、不同 UV 偏移等等

  3. 动态物体，但是网格和材质固定，性能瓶颈在 CPU 时

    动态批处理对 CPU 开销大；静态批处理又不能移动，GPU Instancing 则既能支持移动，又减少 CPU 到 GPU 通信

等等

不适合的情况

  1. 每个物体的材质 / 贴图不同

    GPU Instancing 要求材质一致，贴图差异会打断合批

  2. 实例数量很少（几十个以内）

    这种情况 GPU Instancing 开销可能反而比 DrawCall 更大

  3. 大量独立的网格和材质

    如果对象种类太多，GPU Instancing 没啥用

  4. 使用 SkinnedMeshRenderer（蒙皮网格渲染器）

    骨骼动画模型不支持 GPU Instancing

等等

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