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2018
09-30

Unity3D研究院GPU Instancing实战（九十七）

最近将GPU Instancing应用在游戏中，遇到了一些坑和大家分享一下，我们用的版本是unity2017。前面说了GPU Instancing目前适合游戏中的草、石头等元素较多的地方。

首先需要开发一个刷地表的编辑器，试想一下如果场景上的草每个都要美术手动的去摆这得多麻烦啊，如下图所示，根据网格和材质动态的在地形上刷地表。

Unity3D研究院GPU Instancing实战（九十七） - 雨松MOMO程序研究院 - 1

刷地表的代码如下所示

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void OnSceneGUI()
{
Event e = Event.current;
if (e == null) {
return;
}
HandleUtility.AddDefaultControl (GUIUtility.GetControlID (FocusType.Passive));
 
Ray worldray = HandleUtility.GUIPointToWorldRay (e.mousePosition);
 
 
 
if (e.type == EventType.MouseDown && !e.alt && e.button == 0) {
//点击种草
}
 
if (e.type == EventType.MouseDrag && !e.alt && e.button == 0) {
 
//拖动种草
}
 
if (Physics.Raycast (worldray, out m_Hit,500f,1 << LayerMask.NameToLayer("GInstances"))) {
//种草椭圆区域
Handles.color = new Color (1f, 1f, 1f, 0.5f);
Handles.DrawSolidDisc (m_Hit.point, m_Hit.normal, m_Radiua.floatValue);
Handles.color = Color.red;
Handles.DrawWireDisc (m_Hit.point, m_Hit.normal, m_Radiua.floatValue);
SceneView.RepaintAll ();
}
}
 

刷出来的元素就是每个不同的游戏对象，编辑模式下可以还可以单独的调整它们。不过这又带来另一个问题，如果美术刷了几万个草元素，总不能运行时也管理这些游戏对象吧。上篇文章我们也讲过，GPU Instancing使用游戏对象的方式效率是最低的，所以我们需要使用Graphics.DrawMeshInstanced()一次性将元素画出来，不需要游戏对象。

Unity3D研究院GPU Instancing实战（九十七） - 雨松MOMO程序研究院 - 2

所以在编辑模式下我们还需要一个保存的功能，就是将美术刷出来的草元素每个的位置、旋转、缩放、顶点色、序列化在本地，我是将游戏对象的矩阵序列化在本地的。如下图所示，运行时就不需要游戏对象了，使用Graphics.DrawMeshInstanced()一次画出来，只占用一个drawcall。

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Graphics.DrawMeshInstanced()这方法还有两问题

1.一次最多画1023个元素，如果超出就会报错，所以需要将草进行分类管理。

2.它不提供裁切的功能，也就是说摄像机看不到的地方，这些草是不会被剔除掉的，依然会被渲染。

解决这个问题，为了避免运行时暴力的for循环来判断是否在视野内，我采取的方法是预先将场景分成20X20若干个格子（可根据游戏的可视范围而定）根据玩家的位置，始终只渲染周围9个格子内的草元素，这样将大幅度减少运行时for循环的次数。

如果每个草的顶点色是不一样的怎么办呢？接着我们看看C#这边如何将参数传到shader中，如下代码所示，创建MaterialPropertyBlock以后就可以将参数以及对应的值传递给shader中了。

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for (int i = 0; i < m_Matrixs.Count; i++)
{
   MaterialPropertyBlock prop = new MaterialPropertyBlock();
   prop.SetVectorArray("_LightMapUV", m_Lightmaps[i]);
   prop.SetColor("_Color", Color.white);
   var item = m_Matrixs[i];
   Graphics.DrawMeshInstanced(m_InstanceMesh, 0, m_InstanceMaterial, item, prop, ShadowCastingMode.On, true);
}
 

Shader中可以接受这些值，在vs和ps中处理 。

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

毕竟opengl es2.0的手机是不支持的，所以我们还需要做个容错机制。 可以判断出来手机是否支持  SystemInfo.supportsInstancing
最后如果有什么建议或者意见欢迎在下面留言！

最后编辑：
作者：雨松MOMO
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《Unity3D研究院GPU Instancing实战（九十七）》有 6 条评论

  1. 李XX 说：
    2019 年 8 月 3 日上午 11:19

    如果按照你说的这样子，为什么竟然分格子，不直接预先把一个格子整成一个批次（相当于静态合并批次，但是u3d的静态合并批次，并不是将全部相同物体整成一个批次，他只是减少setpass，有些才合并了一个，但是你上面那种例子，肯定是适合提前整一个格子整成一个批次），上一篇讲这个文章，没用DrawMeshInstanced让它自动instancing，帧数那么低其实有一个小概率可能，就是并没有真正instancing，因为u3d代码很多情况会break，我这边遇到一个很奇葩的现象，一些低端机（当然是支持instancing的），有一些截帧工具发现它并没有instancing，换是分开绘制，但是里面的shader已经编译为带instancing标识的，同时supportsInstancing是true。当然我用高端一些的机器就没有这个问题，不知道你有没有遇到过这样的问题，就是在联发科的cpu，机器大概才500块

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    • hanchong 说：
      2019 年 10 月 23 日下午 4:00

      当gameobject不连续时，渲染列队被打断，会导致分成多个批次。比如有多个相同的角色，每个角色都拿着相同的武器，由于武器是挂接在每个角色上的，会导致本应该相同批次的物体没有连续，无法在同一批次完成。这种情况可以自己调DrawMeshInstanced，或者用srp自己控制列队。参见这个例子：https://github.com/hanchong22/SRPTest

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  2. ZeratuJ 说：
    2018 年 12 月 3 日下午 4:34

    也就是说，GPU Instancing 需要相同VBO，相同的着色器Pass, 并且绘制区别仅限于值类型参数的数值区别，GPU Instancing才会生效，是这样吗？

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  3. 龙哥 说：
    2018 年 12 月 1 日上午 9:58

    gpu instancing的意义不是在于相同的材质使用不同的属性 但仍然可以合批吗…

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