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  • 2019-12-05 18:32:49

    什么是批处理

    为了将物体绘制到屏幕上,引擎必须向图像API(例如OpenGL、Direct3D)发送一个draw call指令。每一次draw call就可以大致理解为一个渲染批次(batch)。Draw call属于资源密集型的指令,图形API要为每个Draw call做大量的工作。造成CPU性能消耗的主要是渲染状态的切换导致的,例如切换到不同的材质,这会导致在图形驱动中产生密集的资源验证和切换。为了减少draw call的调用,Unity使用了两种技巧来优化这个问题:

    • 动态批处理:对于足够小的mesh,动态批处理通过将他们的顶点整合到一个批次中进行绘制。
    • 静态批处理:通过将不会移动的静态物体合并到更大的mesh中,以提升渲染速度。

    与手动合并相比,内置的批处理方式最大的有点在于,每一个物体仍然可以被单独剔除。但是他们也有缺点,静态批处理会消耗更多的内存空间,动态批处理会产生CPU开销。

    材质方面的要求

    只有使用了相同材质的物体才能够实现批处理。如果两个不同的物体,使用的两个材质,只是纹理上的差别,那就把他们的纹理合并到一起,这样就可以使用同一个材质。脚本中使用Render.material属性时,会重新生成一个原来材质的拷贝,所以用Render.sharedMaterial可以保持材质的一致性(但是使用同一个材质的物体,都会被改变)。关于阴影,只要材质中使用的是相同的Shadow Pass,就可以实现批处理,即便他们不是同一个材质。

    静态批处理

    静态批处理因为不需要再CPU中进行顶点转换,所以要比动态批处理快的多,但是会占用更多内存。如果多个物体共享同一个材质,使用静态批处理时,会为每个几何体生成一份拷贝,不管是在编辑器还是运行时。所以在内存紧张的环境下,就需要损失一定的渲染性能来避免静态批带来的内存开销。

    静态批处理比较简单,只需要将场景种不会动的静态物品设置Batching Static,剩下的就交给引擎了。

    静态批处理的原理是将物体转换到世界空间,并为他们建立一个共享的顶点和索引缓存。在Player Setting中勾选了Opeimized Mesh Ddata以后,Unity在构建缓存时,会移除那些在所有shader变体中都没有被用到的顶点的elements(官方文档里是这么说的,不知道该翻译成什么,顶点的属性?)。Unity通过一些特殊的关键字检查来实现这个操作,比如如果没有包含LIGHTMAP_ON,该批处理的顶点输入中就会删除lightmap UVs。

    官方文档里有这样一句话:Then, for visible GameObjects in the same batch, Unity performs a series of simple draw calls, with almost no state changes in between each one. 

    在同一批次的可见物体中,unity会执行一系列的简单的draw call,且调用之间几乎不会发生状态变化。

    可能是我的验证方式有问题,对这句话我表示存疑。

    静态批处理,并不是所有的模型都合并到同一个Mesh里,合并的时候仍然受限于mesh的顶点数要求,在大多数平台上,批处理限制是64k个顶点和64k个索引(OpenGLES上48k个索引,macOS上32k个索引)。如果几个模型的顶点总数超过了这个限制,就会被拆分成多个draw call,但是这样的拆分,并不会造成setpass call的变化,因为渲染状态没有变化,所以这些被分开的渲染批次仍然执行的很快。

     

    动态批处理

    需要重点说的是动态批处理,动态批处理不需要我们做设置,引擎会在条件满足时自动处理,但是动态批处理的条件非常苛刻,任何一点不满足就不能实现批处理。究竟有多么苛刻呢?

    注意,接下来的一部分内容将会与你在其他贴子中看到的有相当大的出入。鉴于此,先贴上官方文档(Version:2019.2):

    Unity can automatically batch moving GameObjects into the same draw call if they share the same Material and fulfill other criteria. Dynamic batching is done automatically and does not require any additional effort on your side.

    • Batching dynamic GameObjects has certain overhead per vertex, so batching is applied only to Meshes containing no more than 900 vertex attributes, and no more than 300 vertices.
      • If your Shader
         is using Vertex Position, Normal and single UV, then you can batch up to 300 verts, while if your Shader is using Vertex Position, Normal, UV0, UV1 and Tangent, then only 180 verts.
      • Note: attribute count limit might be changed in future.
    • GameObjects are not batched if they contain mirroring on the transform (for example GameObject A with +1 scale and GameObject B with –1 scale cannot be batched together).
    • Using different Material instances causes GameObjects not to batch together, even if they are essentially the same. The exception is shadow caster rendering.
    • GameObjects with lightmaps
       have additional renderer parameters: lightmap index and offset/scale into the lightmap. Generally, dynamic lightmapped GameObjects should point to exactly the same lightmap location to be batched.
    • Multi-pass Shaders break batching.
      • Almost all Unity Shaders support several Lights in forward rendering
        , effectively doing additional passes for them. The draw calls for “additional per-pixel lights” are not batched.
      • The Legacy Deferred (light pre-pass) rendering path
         has dynamic batching disabled, because it has to draw GameObjects twice.

    Dynamic batching works by transforming all GameObject vertices into world space on the CPU, so it is only an advantage if that work is smaller than doing a draw call. The resource requirements of a draw call depends on many factors, primarily the graphics API used. For example, on consoles or modern APIs like Apple Metal, the draw call overhead is generally much lower, and often dynamic batching cannot be an advantage at all.

    Unity会自动为你完成动态批处理,只要你的东西符合它的要求,要求如下:

    • 对于顶点的要求只有两个:第一单个mesh的顶点数必须小于300,第二:单个mesh全部顶点的属性总个数必须小于900至于300,和180,那只是为了解释这两个要求举的例子!换一种说法就是,如果你的顶点输入中有三个属性,那么就可以支持300个顶点,如果输入中有5个属性,那就只能支持180个顶点,因为180*5=900。至于提到的顶点位置,法线切线UV等等,都只是举个例子。
    • 如果物体做了镜像,也就是缩放中出现了负值,则不会进行批处理。至于都为正数的缩放,测试过程中同时观察了SetPass call和Draw call,都可以正常合并。如果使用较老的版本,建议自行测试。
    • 使用了光照贴图的对象,光照贴图的相关参数必须一致。
    • 多通道(Multi-pass)的材质,如果两个对象的渲染使用的通道(pass)不一致,也会中断批处理。

    动态批处理会在每帧都会在CPU中将模型的顶点转换到世界坐标系,这部分的消耗也要权衡。

    对于在运行时能够生成动态模型的组件(Particle Systems,Line Renderers,Trail Renderers),动态批处理的方式相对于Mesh有所不同。

    • For each compatible renderer type, Unity builds all batchable content into 1 large Vertex Buffer.
    • The renderer sets up the Material state for the batch.
    • Unity binds the Vertex Buffer to the Graphics Device.
    • For each Renderer in the batch, Unity updates the offset into the Vertex Buffer, and then submits a new draw call.
    • 对于每个兼容的渲染器类型,Unity将所有可批处理的内容构建到一个大的顶点缓存中。
    • Renderer为批处理设置材质状态。
    • Unity将顶点缓存绑定到图形设备(显卡?)。
    • 对于批处理中的每个Renderer,Unity会将偏移更新到顶点缓存中,然后提交一个新的绘制调用。

    在计算渲染成本时,渲染组件最慢的部分是材质状态的设置。相比之下,将不同偏移量的draw call提交到共享顶点缓存会非常快。这种方法更像是Unity在使用静态批处理时如何提交draw call。

     

    还有几点需要注意的:

    • 能够批处理的包括:Mesh Renderers,Trail Renderers,Line Renderers,Particle Systems,Sprite Renderers。其他的如Skinned Meshes,Cloth等渲染组件并能批处理。
    • 半透明物体在渲染时,使用的是从远到近的顺序,所以批处理对它的支持不如Opaque。
    • 手动合并(通过建模软件,或者Mesh.CombineMeshes方法)临近的物体,有时候也是不错的优化方式。

     

     

    关于这部分内容的官方文档链接:https://docs.unity3d.com/Manual/DrawCallBatching.html

     

     

     

     

     

     

     

     

     

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    要进入静态批处理,需要给到channel,unity的channel保存的是包括顶点信息,uv信息之类的材质相关信息。

    PrePassRenderLoop::RenderBasePass或者 ForwardShaderRenderLoop::PerformRendering或者ForwardShaderRenderLoop::CollectShadows或者

    PrePassRenderLoop::RenderFinalPass执行m_BatchRenderer.Add,把组织好的channel放到批处理里,channel的获取是通过Unity::Material的SetPassWithShader来返回的,最终是通过shade的setpass来指定pass的id和子id来获取到。

    ChannelAssigns中,其中m_Channels里面是对所有顶点数据的指定。

    然后m_BatchRenderer.Add加进去的是m_BatchInstances列表。包括把renderer,subsetIndex等放进入。

    BatchRenderer::Flush()的时候,如果是批处理,比如mesh就会走MeshRenderer::RenderMultiple (m_BatchInstances.begin(), instanceCount, *m_ActiveChannels);

    他获取MeshRenderer中的GetMeshStaticBatchIndex,如果id不为0则是静态批处理。

    他判断是在Renderer.h中判断IsPartOfStaticBatch,里面是通过HasSubsetIndices,也就是看m_SubsetIndices是否有值,有的话就是静态批处理。

    c++中判断如果是静态批处理则执行到RenderStaticBatch

    编辑器收集静态对象:

    这个标记是编辑器时标记的,他会通过MeshRenderer::SetSubsetIndex来设置然后执行到Renderer::SetSubsetIndex,会把所有材质以及自身设置为其中一个index。

    c#到c++的收集过程:

    而真正让他执行这一步是在c#中的。在c#的CombineForStaticBatching.cs中执行Combine的时候会拿到transform中是否有静态标记,有静态标记的则收集到一起

    最终执行MakeBatch,让手机的subsets都执行renderer的SetSubsetIndex,就开始记录到c++的MeshRenderer::SetSubsetIndex了。

    静态批处理处理步骤:

    静态批处理有三个处理步骤,分别是BeginStaticBatching,StaticBatchMesh,EndStaticBatching。

    BeginStaticBatching

    BeginStaticBatching是构建StaticBatch,并把数据结构填好初始值。包括channel也是在这里确定的。同一个批次的channel必须是一致的。

    StaticBatchMesh

    StaticBatchMesh就是把顶点数,顶点起始终点,顶点索引不断的添加进来。

    EndStaticBatching

    EndStaticBatching就是要开始对添加进来的所有顶点整合完后开始渲染。他执行vbo的DrawCustomIndexed。然后如果是opengles3的话会组织成DataBufferGLES30,里面是基于3的buffer数据。用RecreateWithData来重组当前批次的数据。然后执行Draw。

    Draw

    draw这里就是真正执行opengl接口的地方。他有两个模式,一个是vao的,如果是vao则直接切换vao就好。如果不是vao模式则要重新设置顶点数据。就要拿出ChannelAssigns来一个一个设置进去,在ComputeVertexInputState中。

    通过SetupDefaultVertexArrayStateGLES30来真正执行opengl顶点数据的设置。

    在draw的后面就是开始渲染了

    静态批处理的渲染顺序处理

    在静态批处理中他对半透明或者不透明的渲染都是排序正确的。这个正确的处理的方式是,unity只记录了哪些合在一起,但是editor下并不是把他们都合在一个mesh上了。而是作为一个submesh记录下来。

    然后在运行时的时候还是对物体做正确的排序,然后排序后的静态物体instance填入一个vbo中,所以就只有一个批次了,unity还需要你保证材质是一样的,不然也只能是多个dc。

    处理过程:

    如果是前向渲染,ForwardShaderRenderLoop::PerformRendering这里会通过

    ​​​​​​​ 

    加入批处理中,注意这里的renderer已经排过序的,所以他的顺序是对的。

    在RenderStaticBatch中的StaticBatchMesh会根据instances的顺序加入vbo中,所以这里时正确的。

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  • 静态批处理是Unity的第二种批处理技术。与动态批处理相比主要区别是它只处理标记为Static的对象。 那么进行静态批处理需要满足哪些条件呢? 1)网格必须标记为Static:被标记为Static的对象,是不能通过任何方式移动...

    静态批处理是Unity的第二种批处理技术。与动态批处理相比主要区别是它只处理标记为Static的对象。
    那么进行静态批处理需要满足哪些条件呢?
    1)网格必须标记为Static:被标记为Static的对象,是不能通过任何方式移动、旋转和缩放。
    在这里插入图片描述

    2)每个被静态批处理的对象都需要额外的内存:内存需求取决于批处理的网格中复制次数。静态批处理在工作时,将所有标记为static的可见网格数据复制到一个更大的网格数据缓冲中,并通过一个DrawCall传到渲染管线中。值得注意的是,如果使用静态批处理渲染1000个相同的对象,消耗的内存将是不使用静态批处理渲染相同的1000倍。如果没有正确使用静态批处理,会导致一些严重的内存消耗和性能问题。
    3)合并到静态批处理中的顶点数量是有上限的,并随着Graphic API和平台的不同而不同,一般为32-62K个顶点
    4)网格实例必须使用相同的材质引用

    另外,静态批处理技术适合什么场景呢?
    与动态批处理技术相比,有一个显著优势:它可以用于不同形状和巨大尺寸的网格,这是动态批处理无法提供的

    总结:静态批处理需要慎重使用,如果使用不得当会造成内存消耗与渲染成本巨大代价。它还需要手动调整和配置,以确保正确生成批处理。

    综合动静态批处理技术来看:
    首先,静态和动态批处理都能降低DrawCall,前提是使用得当的话,使用相同的材质;
    其次,静态批处理比较适合在场景中不变换的对象,最好不要单对象不要太多,太多的比较适合动态批处理;
    最后,静态批处理限制相对较少,而且是使用内存换性能的方法,而动态批处理技术使用限制比较多。

    展开全文
  • unity之动态批处理和静态批处理

    一、绘制原理

    为了将物体绘制到屏幕上,引擎必须向图像API(例如OpenGL、Direct3D)发送一个DrawCall指令,每一次发送DrawCall指令的过程为一个渲染批次(Batch),而这个过程分为两大部分:设置渲染状态(setPass)和调用DrawCall(Batches),其中设置渲染状态属于比较重的分工,对于加载到游戏中的资源和对象等,CPU需要计算其顶点相关的矩阵,渲染所用的贴图,渲染所用到的材质和shader,渲染所用到的灯光等,如果每个物体的材质和贴图等都不一样,此时CPU的主要工作就是设置这些物体的渲染状态后调用DrawCall,从而造成CPU性能的开销,简单来说也就是CPU向GPU发送指令并由GPU进行绘制,即CPU与GPU进行一次数据交换就是一个DrawCall。

    二、批处理

    因为每一次发送DrawCall指令都会造成CPU的性能开销,而CPU的处理速度比GPU慢多了,所以可以将绘制的压力移交给GPU
    Unity可以将一些物体进行合并,从而用一次DrawCall来渲染他们。这一操作,称为批处理,批处理能得到更好的渲染性能

    例如渲染一千个三角形,如果把它们按一千个单独的网格进行渲染则需要请求1000次DrawCall,而如果直接渲染一个包含了一千个三角形的网格则只需要请求1次DrawCall,这样减轻了CPU的开销在性能上会有很大的提升

    Unity中有两种批处理方式:一种是动态批处理,一种是静态批处理。对于动态批处理来说,好消息是一切处理都是自动的,不需要我们自己做任何操作,而且物体是可以移动的,但坏消息是,限制很多,可能一不小心我们就会破坏了这种机制,导致Unity无法批处理一些使用了相同材质的物体。对于静态批处理来说,好消息是自由度很高,限制很少,坏消息是可能会占用更多的内存,而且经过静态批处理后的所有物体都不可以再移动了。

    三、渲染统计窗口

    在这里插入图片描述

    • Batches:相当于DrawCall次数
    • Saved by batching:通过批处理节省的DrawCall次数
    • SetPass calls:设置渲染状态的次数

    四、动态批处理

    动态批处理默认是关闭的,需要手动开启:Project Setting—Player—勾上Dynamic Batching
    在这里插入图片描述

    1. 动态批处理仅支持顶点数小于900的网格物体。
    2. 如果Shader使用了顶点位置、法线、UV值三种属性,则只能动态批处理300个顶点以下的物体。如果Shader使用了顶点位置、法线、UV0、UV1和切向量,那么只能动态批处理180个顶点以下的物体。
    3. 不要使用缩放,分别有缩放(1,1,1)和(2,2,2)的两个物体将不会进行批处理。 统一缩放的物体不会与非统一缩放的物体进行批处理。使用缩放比例(1,1,1)和(1,2,1)的两个物体将不会进行批处理,但使用缩放尺度(1,2,1)和(1,3,1)的两个物体可以进行批处理。
    4. 使用不同材质的实例化物体将会导致批处理失败。
    5. 拥有lightmap的物体不会进行批处理,除非他们指向lightmap的同一部分。
    6. 多通道的Shader会妨碍批处理。因为几乎Unity中所有的着色器都在前向渲染中支持多个光源,并为其有效开辟多个通道。
    7. 预制体的实例化会自动使用相同的网格模型和材质

    五、静态批处理

    静态批处理需要在Inspector面板上勾选上Static
    在这里插入图片描述

    1. 只要勾选上Static并拥有相同材质的物体即可在运行时进行静态批处理
    2. 但是静态批处理会为每一个物体创建一个合并后的Combined Mesh,需要额外的内存空间来存储合并后的Combined Mesh,所以使用时要慎用(例如一片浓密的草地,如果使用静态批处理则会造成严重的内存开销)

    六、总结

    1. 静态批处理和动态批处理都能降低DrawCall,最主要的前提是物体使用同一个材质
    2. 静态批处理适用于场景中位置不会改变并且单对象不能太多的物体,像树林,草地这种用动态批处理更适合
    3. 动态批处理限制较多,顶点数要求,材质要求等等。静态批处理限制较少,是用内存换性能的方法,具体情况具体分析
    4. 虽然批处理是个很好的方式,但很容易就打破它的规定。例如,场景中的物体都使用Diffuse材质,但它们可能会使用不同的纹理。因此,尽可能把多张小纹理合并到一张大纹理(Atlas)中是一个好主意。
    展开全文
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空空如也

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静态批处理