Unity Draw Call优化总结

游戏开发到后期，不得不面临性能优化的问题，而提到性能优化就绕不过Draw Call的优化。本文简单的总结了下Unity里各种Draw Call优化手段

批处理

说到Draw Call优化，最简单最容易想到的就是批处理（Batching），Unity里批处理分两种，静态批处理和动态批处理。不管哪种批处理方式都有一个相同的前提，就是材质相同，如果两个物体材质不一样，批处理是无能为力的。

静态批处理针对的是静态的不移动的物体，我们需要做的就是将物体设置成static。优点简单直接，不需要额外的处理，缺点就是会增加内存的消耗，比如100个相同的Cube，Batch之前内存里只有1份mesh数据各个Cube共享，Batch之后，100个小mesh合并成一个大mesh，占用内存*100。

动态批处理看上去似乎比静态批处理还要简单，因为我们啥都不需要做。但是，事情远远没有想象中的那么简单，其中的细节还是挺多的，Unity中动态批处理也不是单一的方案，而是对于不同的Renderer不同的处理方式。

对于Mesh Renderers来说

• 批处理动态物体需要在每个顶点上进行一定的开销，所以动态批处理仅支持小于900顶点属性的网格物体。如果你的着色器使用顶点位置，法线和UV值三种属性，那么你只能批处理300顶点以下的物体；如果你的着色器需要使用顶点位置，法线，UV0，UV1和切向量，那你只能批处理180顶点以下的物体。
• 不要使用缩放尺度（scale）。分别拥有缩放尺度(1,1,1)和(2,2,2)的两个物体将不会进行批处理。统一缩放尺度的物体不会与非统一缩放尺度的物体进行批处理。使用缩放尺度(1,1,1)和 (1,2,1)的两个物体将不会进行批处理，但是使用缩放尺度(1,2,1)和(1,3,1)的两个物体将可以进行批处理。
• 使用不同材质的实例化物体（instance）将会导致批处理失败。
• 拥有lightmap的物体含有额外（隐藏）的材质属性，比如：lightmap的偏移和缩放系数等。所以，拥有lightmap的物体将不会进行批处理（除非他们指向lightmap的同一部分）。
• 多通道的shader会妨碍批处理操作。比如，几乎unity中所有的着色器在前向渲染中都支持多个光源，并为它们有效地开辟多个通道。预设体的实例会自动地使用相同的网格模型和材质。

除了这些严苛的使用条件，动态批处理需要在CPU端将顶点位置转换到世界空间下，如果这块的开销大于Draw Call本身所带来的开销，动态批处理就很有可能变成了负优化。

对于Particle Systems, Line Renderers, Trail Renderers这种需要动态生成几何体的组件来说，Unity采用了一种不同的方案，简单来说就是数据打包成一个大VBO，一次提交，通过offset多次Draw。之所以采用这样的方案是因为，对于现代GPU来说，一次渲染的消耗，大部分来自于设置管线状态提交数据，而Draw Call本身的开销其实并不大（大概82开）。对应到Unity，就是SetPass Call的开销要远大于Draw Call的开销，这也是为什么Unity的Statistics窗口显示的是SetPass Calls这种数据而不是Draw Calls。

网格材质合并

批处理要求相同的材质，而且处理不了Skinned Mesh。为了解决这些问题，就需要我们手动合并，这时就可以借助于类似MeshBaker这种插件，进行网格材质合并，把同一个Shader的物体统一合并成尽量少的贴图和Mesh。这种方式本质上依然属于Batch的范畴，只不过相对于Unity自带的批处理方式，我们可以手动的控制哪些物体进行合并，这样随之而来的问题就是合并的尺度，尺度太小，优化效果不明显，尺度太大，可能负优化。

剔除

这里说的剔除不是GPU端的剔除，而是CPU端剔除，Unity支持两种剔除，视锥体剔除跟遮挡剔除，视锥体剔除是全自动的，不需要我们参与，视锥体外的物体不会进行渲染。遮挡剔除只支持静态物体，需要我们手动控制，我们需要将物体设置成static，设置完成之后进行烘焙，烘焙好的数据供运行时使用。Unity里的剔除是Object-Level的，某个物体要么剔除要么不剔除，不会出现只剔除某一部分的情况。所以上文说的MeshBaker合并，如果合并的尺度过大，会导致本该剔除的物体被渲染。

GPU instancing

GPU instancing的原理是对于模型一致的物体，只提交原始的模型的VBO给GPU，然后将每个物体不同的属性单独抽出来组成buffer发给GPU，在显卡中根据这一份VBO和每个物体不同的属性来绘制多个物体，即一次提交，在GPU上绘制多个，对于大量同样模型的物体绘制是一个很好的方案。相比于动态批处理，没有合批的消耗，没有顶点的限制，也没有内存消耗的问题，唯一的不足可能就是不支持Skinned Mesh。

现在的问题就是如何让GPU instancing支持Skinned Mesh，办法总归是有的，那就是GPU Skin。我们知道Skin（蒙皮）是对mesh上的顶点进行变换，在CPU端实现会带来极大的性能限制，而顶点变换这种需要并行处理的问题正是GPU所擅长的。GPU Skin在GPU上并行的对mesh上的顶点进行Skin变换，可以极大的提升效率。GPU Skin本身并不能降低Draw Call，一旦当我们在GPU上实现了Skin，Skinned Mesh Renderer就可以替换成常规Mesh Renderer，GPU instancing就有发挥的余地了。