好久不見。

這是第32篇與游戲開發(fā)有關(guān)的文章。

| 寫在最前

嘿嘿， 確實是好久沒有更新了...

最近在準(zhǔn)備公司的技術(shù)分享，主題是入門批量渲染，想著反正也總結(jié)了，不如充幾篇博客吧，也算顯得沒有那么半途而廢，一舉兩得了。

所以，這次將分四篇介紹一下與批量渲染有關(guān)的知識：

第一篇的主題是靜態(tài)合批；

第二篇的主題是動態(tài)合批；

第三篇的主題是實例化渲染；

第四篇的主題是優(yōu)化骨骼蒙皮動畫，以及兩種常用的批量渲染方式：烘焙頂點動畫與烘焙骨骼矩陣動畫。

由于這回更新的內(nèi)容還是非常基礎(chǔ)的，所以系列也稱為“由淺到淺”，如果你剛接觸Unity引擎不久，或者面試時不知道怎么忽悠面試官，相信讀完以后，恐怕也不會有什么大的收獲。

另外，其實很久之前寫過一篇關(guān)于實例化角色動畫的文章，現(xiàn)在看來里面存在很多的不足以及表述錯誤，希望趁著這次機會能糾正過來，順便再寫一些新的不足和錯誤。

那就開始吧。

| 批量渲染

批量渲染其實是個老生常談的話題，它的另一個名字叫做“合批”。在日常開發(fā)中，通常說到優(yōu)化、提高幀率時，總是會提到它。

可以簡單的理解為：批量渲染是通過減少CPU向GPU發(fā)送渲染命令（DrawCall）的次數(shù)，以及減少GPU切換渲染狀態(tài)的次數(shù)，盡量讓GPU一次多做一些事情，來提升邏輯線和渲染線的整體效率。但這是建立在GPU相對空閑，而CPU把更多的時間都耗費在渲染命令的提交上時，才有意義。

如果瓶頸在GPU，比如GPU性能偏差，或片段著色器過于復(fù)雜等，那么沒準(zhǔn)適當(dāng)減少批處理，反而能達到優(yōu)化的效果。

所以要做性能優(yōu)化，還是應(yīng)該先定位瓶頸到底在哪兒，然后再考慮優(yōu)化方案，而不是一股腦的就啪啪啪合批。

當(dāng)然，通常情況下，確實是以CPU出現(xiàn)瓶頸更為常見，所以適當(dāng)?shù)牧私庑┡夸秩镜募挤?#xff0c;是有那么一丟丟必要的。

| 靜態(tài)合批

靜態(tài)合批是一種聽起來很常用，但在大多數(shù)手游項目里又沒那么常用的合批技術(shù)。

這里，我簡單的將靜態(tài)合批分為預(yù)處理階段的合并，和運行階段的批處理。

• 合并階段

合并時，引擎將符合合批條件的渲染器身上的網(wǎng)格取出，對網(wǎng)格上的頂點進行空間變換，變換到合并根節(jié)點的坐標(biāo)系下后，再合并成一個新的網(wǎng)格；這里需要注意的是，新網(wǎng)格是以若干個子網(wǎng)格的形式組合而成的，因為需要記錄每一個合并前網(wǎng)格的索引數(shù)量和起始索引（相對于合并后的新網(wǎng)格）。

空間變換的目的，是為了“固化”頂點緩沖區(qū)和索引緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)，使其頂點位置等信息都在相同的坐標(biāo)系下。這樣運行時如果需要對合并后的對象進行空間變換（手動靜態(tài)合批對象的根節(jié)點可被空間變換），則無需修改緩沖區(qū)內(nèi)的頂點屬性，只提供根節(jié)點的變換矩陣即可。

盡管網(wǎng)格不同、材質(zhì)不同，Unity也會將它們的網(wǎng)格進行合并
?

在Unity中，可以通過勾選靜態(tài)批處理標(biāo)記，讓引擎在打包時自動合并；當(dāng)然，也可以在運行時調(diào)用合并函數(shù)，手動合并。

通過勾選開關(guān)標(biāo)記單位參與靜態(tài)合批

打包時的自動合并會膨脹場景文件，會在一定程度上影響場景的加載時間。

包含靜態(tài)合批的場景體積大了一丟丟

此外，不同平臺對于合并是有頂點和索引數(shù)量限制的，超過此限制則會合并成多個新網(wǎng)格。

• 批處理階段

運行時是否可以合批（Batch）成功，還取決于渲染器材質(zhì)的設(shè)置。

使用不同的材質(zhì)，會分為不同的批次

當(dāng)然，如果手動替換過場景中所有Material，也會打斷批次。

運行時手動替換所有渲染器的材質(zhì)球

不再有合批發(fā)生

如果偷偷修改了渲染器使用的二手手游賬號拍賣平臺網(wǎng)格（不再使用合批后的大網(wǎng)格），也會打斷批處理。

替換網(wǎng)格后，也不會再被批處理

除上述之外，還有一些不常用，且不太有用的知識點。

• 運行時動態(tài)加載？

動態(tài)加載并實例化一個帶靜態(tài)標(biāo)記的GameObject到場景中，是不會被當(dāng)做靜態(tài)合批處理的。換言之，靜態(tài)標(biāo)記只被作為是打包時的考慮參數(shù)，并不會在運行時被引擎處理。如果在場景加載后，希望對手動實例化的單位進行靜態(tài)合批，可以使用手動靜態(tài)合批。

• 合并根節(jié)點的空間變換

自動靜態(tài)合批的根節(jié)點在場景上，因此無法對其進行空間變換；而手動靜態(tài)合批，因為根節(jié)點不是場景而是一個游戲?qū)ο?#xff0c;所以可以通過修改根節(jié)點的空間屬性（位置、大小及縮放值），達到諸如移動整個合批單位的目的。

當(dāng)然，即使修改了合批后對象的空間屬性，頂點和索引緩沖區(qū)里的數(shù)據(jù)也不會被修改，引擎會在渲染前，通過ConstBuffer（UniformBuffer）傳入根節(jié)點的變換矩陣，達到了整體變換的目的。

• Batch ≠ DrawCall

一次靜態(tài)合批，并不表示一定只有一次DrawCall命令的調(diào)用。

合并發(fā)生后，每個參與合批的網(wǎng)格信息（頂點、索引等）就會被最終確定，不再被修改。當(dāng)一個參與合并的單位不顯示時，如被設(shè)置為隱藏或被視椎體剔除，引擎并不會修改頂點緩沖區(qū)和索引緩沖區(qū)的內(nèi)容，而會拆分若干個小的DrawCall來分次渲染。通過調(diào)整每個DrawCall的索引（起始索引、索引個數(shù)）來跳過不應(yīng)該被顯示的單位。

通過兩次DrawCall來跳過隱藏的三角形

由于，這些DrallCall之間幾乎沒有渲染狀態(tài)的切換，效率較高，所以引擎也將其統(tǒng)計為一次合批（盡管包含若干個DrawCall）。

隱藏掉部分立方體后，形成了兩次DrawCall

引擎的Statistics窗口、FrameDebugger和Profiler(Renderer)會體現(xiàn)出這種差異

靜態(tài)合批包含了多個材質(zhì)時，引擎在材質(zhì)分組后的處理方式也是相同的，只是不同材質(zhì)在渲染時，都使用了相同的頂點、索引緩沖區(qū)。

• 與直接使用大網(wǎng)格的不同

靜態(tài)合批與直接使用大網(wǎng)格（是指直接制作而成，非靜態(tài)合并產(chǎn)生的網(wǎng)格）的不同，主要體現(xiàn)在兩方面。

其一，靜態(tài)合批可以主動隱藏部分對象。靜態(tài)合批在運行時，由于每個參與合并的對象可以通過起始索引等彼此區(qū)分，因此可以通過上述多次DrawCall的策略，實現(xiàn)隱藏指定的對象；而直接使用大網(wǎng)格，則無法做到這一點。

其二，靜態(tài)合批可以有效參與CPU的視錐剔除。當(dāng)有剔除發(fā)生時，被送進渲染管線的頂點數(shù)量就會減少（通過參數(shù)控制），也就意味著被頂點著色器處理的頂點會減少，提升了GPU的效率；而使用大網(wǎng)格渲染時，由于整個網(wǎng)格都會被送進渲染管線，因此每一個頂點都需要被頂點著色器處理，如果攝像機只能照到一點點，那么絕大多數(shù)參與計算的頂點最后都會被裁減掉，有一些浪費。

大網(wǎng)格不會被視錐體剔除，全部頂點都會被送進渲染管線

靜態(tài)合批會被視錐體剔除，只有部分頂點被送進渲染管線

靜態(tài)合批下合并后的網(wǎng)格

靜態(tài)合批下，頂點著色器只處理了部分頂點

當(dāng)然，這并不意味著靜態(tài)合批一定就比使用大網(wǎng)格要更好。如果子網(wǎng)格數(shù)量非常多，視錐剔除時CPU的壓力也會增加，所以具體情況具體分析吧~

• 靜態(tài)合批的利弊

靜態(tài)合批采用了以空間換時間的策略來提升渲染效率。

其優(yōu)勢在于：網(wǎng)格通常在預(yù)處理階段（打包）時合并，運行時頂點、索引信息也不會發(fā)生變化，所以無需CPU消耗算力維護；若采用相同的材質(zhì)，則以一次渲染命令，便可以同時渲染出多個本來相對獨立的物體，減少了DrawCall的次數(shù)。

在渲染前，可以先進行視錐體剔除，減少了頂點著色器對不可見頂點的處理次數(shù)，提高了GPU的效率。

其弊端在于：合批后的網(wǎng)格會常駐內(nèi)存，在有些場景下可能并不適用。比如森林中的每一棵樹的網(wǎng)格都相同，如果對它采用靜態(tài)合批策略，合批后的網(wǎng)格基本等同于：單顆樹網(wǎng)格 x 樹的數(shù)量，這對內(nèi)存的消耗可能就十分巨大了。

極端情況下可能導(dǎo)致內(nèi)存占用過高

總而言之，靜態(tài)合批在解決場景中材質(zhì)基本相同、網(wǎng)格不同、且自始至終都保持靜止的物體上時，很適用。

| 寫在最后

不出意外的話，下次更新的內(nèi)容應(yīng)該是動態(tài)合批。

下回見。

與50位技術(shù)專家面對面20年技術(shù)見證，附贈技術(shù)全景圖

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的由浅到浅入门批量渲染（一）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

如果覺得生活随笔網(wǎng)站內(nèi)容還不錯，歡迎將生活随笔推薦給好友。