关于Unity四种合批技术详解

Unity中Batching大致可以分为StaticBatching(静态合批),DynamicBatching(动态合批),SRPBatching与GPUInstancing四大类,
这里记录一下这几种拿批的细节

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一.静态合批(StaticBatching)

静态合批是Unity的一种优化技术, 本质是将相同材质并且始终不动的的Mesh合并成为一个大Mesh
然后由CPU合并为一个批次发送给GPU处理,从而减少DrawCall带来的消耗.

1.启用静态合批

可以通过 Project Settings > Player > Other Settings > Static Batching 开启动态合批

选中在场景中物体后在Inspector面板中勾选Static

Unity会将场景中所有的Mesh合并成一个Mesh,但总顶点数不超过2的16次幂

2.举例说明

当前场景中创建4个圆柱体时场景中的DrawCall是5.

我们勾选场景中的静态选项时

可以现发Draw减少到了2

将基中两个改为材质B,会发现DrawCall增加到3

3.静态合批的限制

单次合批最多可以合并64000个顶点,所以需要静态合批的物体需要有网格且处于激活状态.网格读写需要是开启的.
然后Unity会在各个MeshFilter组件中收集Mesh将其合并.
我们可以通过打开Windows > Analysis > Frame Debugger 查看静态合批详细内容

4.静态合批的优点缺点

1):优点
__可以优化DrawCall
__可能使用使用光照贴图
2):缺点
__因为有合并网格的操作所以性能开销会变大
__静态物品不得合批旋转等

5.动态指定物品合批

在满足以条件的情况下,可以使用以下API动态设置批处理

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二.动态合批(Dynamic Batching)

与静态拿批不同,动态合批是的物体是可以运动的,但是需要符合Unity内部执行的步骤,我们需要其规则去开发.

1.启用动态合批

可以通过 Project Settings > Player > Other Settings > Dynamic Batching 开启动态合批

2.合批规则

1): 需要使用相关的材质
2): 支持不同Mesh网格之间的合批
3): 单个网个最多支持225个顶点,未来可能会调整.

3.举例说明

1): 例子如图我们创建了一球体使用材质A,以发现只用了了一个Batches:(场景默认用了1个)

2): 复制多个,下显示为7 合批失败.

3): 为什么呢,因为球体的点数是远超过225个顶点的

4): 当我们使用球体在相同材质下不段创建时,会发现Batch将不断上升

5): 当我们将球体Mesh换成圆柱体(88个顶点)时发现,合批成功了

6): 当我们使用圆柱体在相同材质下不段创建时,会发现Batch将没有变化

7): 当我们在上面动态创建的基础上再去修修改材质参数时,合批也将会被打断

8): 当我们使用的Shader中存在多个Pass时也会导致合批失败

9):当场景中只有一个灯光时可以成功合批

当场景中存在多个灯光如图(红色绿色)时,合批将会被打断

10).我们可以通过打开Windows > Analysis > Frame Debugger 查看合批详细内容

11): 在此可以查看合批失败的原因

4.使用限制

1): 拿批Mesh点数不超过225
2): 不同Mesh相同材质可以合批
3): 相同材质复制出来的材质实例不能合批(修改实例中材质参数会自动创建材质实例)
4): 照片贴图材质必须使用相同光照贴图位置
5): 采用具有多个Pass的Shader将无法合批
6): 合批成功的对像只受一个光照影响
7): 延迟渲染不支持动态合批操作
8): 收集合批信息将加大CPU负担

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三.GPU Instancing

GPU Instancing也是Unity提供的一种优化方案,其本质是使用一个DrawCall渲染多个相同材质的网格对像.
从而减少CPU和GPU的开销.比较适合场景中大量重复的物体如树木和草地等.

1.启用GPU Instancing

选择对像后在Inspector面板中勾选Enable GPU Instancing 即可以启用.

2.启用限制

1.会合并使用相同材质和Mesh的对象
2.材质需要支持GPU Instancing,例如默认标准材质就有
3.Tranform信息需要有所不同,(完全重合了渲染出来也没有意义)
4.未使用SRP Batcher,如有会优先使用SRP Batcher.(在URP渲染管线中是默认开启的)
5.粒子对像不能合批
6.使用MaterialPropertyBlocks的游戏不能合批
7.Shader必须是使用compatible的

3.举例说明

在场景中创建4个圆柱体使用标准材质

选择材质勾选Enable GPU Instancing 后再看,合批成功

可以通过打开Windows > Analysis > Frame Debugger 查看合批详细内容

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四.SRP Batcher

SRP Batcher是Unity提供的一种渲染优化技术，它可以将多个网格合并成单个批次进行渲染，从而提高性能。
与其他合批不同,SRP Batcher将未改变属性的Mesh缓存起来,从而减少消耗

1.兼容性

1): 不支持内置渲染管线,支持通用(URP)/高清(HDRP)/自定义(SRP)渲染管线
2): 不使用MaterialPropertyBlocks.
3): 着色器必须兼容SRP Batcher

2.工作原理

在标准的渲染流程下,CPU需要收集所有场景物体的参数,场景中的材质越多CPU提交给GPU的数据就越多.
而在SRP中流程下GPU拥有数据管理的"生命权",管理大量不同材质但Shader变动较小的的内容
让数据在GPU中持久存在,从而减少消耗.

3.开启SRP Batcher

在Package Manager中导入Universal RP(通用渲染管线)

创建通用渲染管线

然后按以下步骤添加通用渲染管线

4.例子

在场景中创建四个圆柱体

运行后会发现已被SRP Batch合并,因为SRP默认是开启的

关闭SRP Batch选项

则会分成4个Bathc进行渲染

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五.总结

1.优先级

1): 静态合批会优先使用,如果还兼容SRP Batcher则会同时使用
2): 动态物体会优先使用SRP Batcher
3): 非静态且不支持SRP Batcher才会检查启启用GPU Instancing
4): 以上都不支持才会使用Dynamic Batching
即: Static Batching > SRP Batcher > GPU Instancing > Dynamic Batching

2.四种合批的区别

	Static Batching	DynamicBatching	GPUInstancing	SRPBatching
原理	离线合并网格	运行时合并网格	切换矩阵变换渲染相同物体	使用大块常量缓冲区避免切换上下文
目的	降低SetPass calls	降低Drawcall	降低Drawcall	降低SetPass calls
优点	限制少	自动	性能极好	相同Shader不同材质加速
缺点	加大包体,加大内容,要求同材质	加大CPU消耗,对顶点与材质有要求	要求相同物体	只能用于SRP
要求相同Mesh	否	否	是	否
要求相同材质	是	是	是	否
要求相同Shader	是	是	是	是
要求Shader兼容	否	否	是	是
适用情形	静态场景	小物体,特效,UI动态	大量相同物体	较为广泛,特效和蒙皮网格除外

3.合批失败信息汇总

1. “An object is affected by multiple forward lights.” 此物体受到多个前向灯光的影
2. “Objects have different materials.” 此物体有不同的材质
3. “An object is using a multi-pass shader.” 此物体使用了多pass着色器
4. “An object has odd negative scaling.” 此物体Trasform的Scale使用了负数
5. “Either objects have different \”Receive Shadows\“ settings, or some objects are within the shadow distance, while some other objects are not.” 此物体接收阴影的设置不同，或者物体有不同的的阴影距离设置
6. “Objects are affected by different forward lights.” 此物体受到不同的前向灯光影响
7. “Objects are on different lighting layers.” 物体在不同的Lighting Layer上
8. “Objects have different \”Cast Shadows\“ settings.” 此物体有不同的投影体设置
9. “Objects either have different shadow caster shaders, or have different shader properties / keywords that affect the output of the shadow caster pass.” 此物体有不同的投影着色器设置或者有不同的着色器属性或者关键字影响Shadow Caster Pass的输出
10. “The shader explicitly disables batching with the \”DisableBatching\“ tag.” 着色器中显式设置了DisableBatching的标记
11. “Objects have different MaterialPropertyBlock set.” 此物体有不同的MaterialPropertyBlock的属性集
12. “Non-instanced properties set for instanced shader.” Instanced的着色器有非instanced属性集
13. “Objects are lightmapped.” 物体使用了不同的LightMap或者虽然使用相同的LightMap但使用的UV不同
14. “Objects are affected by different light probes.” 此物体受到不同的光照探针影响
15. “Objects are shadowed by baked occlusions and have different occlusion factors.” 此物体烘焙了遮挡，并且设置了不同的遮挡因子
16. “Objects are affected by different reflection probes.” 此物体受到不同的反射探针影响
17. “Rendering different meshes or submeshes with GPU instancing.” 使用GPU实例化渲染不同的网格或子网格
18. “Objects have different batching-static settings.” 此物体有不同的静态合批设置
19. “Objects belong to different static batches.” 此物体归属不同的Static Batches
20. "Dynamic Batching is turned off in the Player Settings or is disabled temporarily in the current context to avoid z-fighting.” 在Player Settings中关闭了动态合批，或者在当前的环境中为了避免深度冲突而临时关闭了合批
21. “There are too many indices (more than 32k) in a dynamic batch.” 动态合批中有太多的索引（大于32k）
22. “A mesh renderer has additional vertex streams. Dynamic batching doesn‘t support such mesh renderers.” Mesh Renderer具有其他顶点流。动态批处理不支持此类网格渲染器。
23. “A submesh we are trying to dynamic-batch has more than 300 vertices.” 动态合批超过300个顶点
24. “A submesh we are trying to dynamic-batch has more than 900 vertex attributes.” 动态合批超过900个顶点属性
25. “This is the first draw call of a new shadow cascade.” 新阴影级联的第一次绘制调用
26. “The material doesn‘t have GPU instancing enabled.” 材质未启用GPU Instancing功能
27. “Objects are rendered using different rendering functions. This can happen if the type of renderer is different (eg Mesh/Skinned Mesh) or when using different settings within the same renderer, such as Sprite Masking.” 使用不同的渲染。如果渲染器的类型不同（例如网格/蒙皮网格），或者在同一渲染器中使用不同的设置（例如精灵遮罩），则可能会发生这种情况。
28. “Objects have different batching keys. This is usually caused by using different vertex streams on Particle Systems, or by mixing Lines and Trails, or by mixing lit and unlit geometry.” 此对象具有不同的Batching Keys。 这通常是由于在粒子系统上使用不同的顶点流，或混合线和轨迹，或混合Lit和Unlit的几何体造成的。"
29. “Mesh uses 32 bit index buffer.” Mesh使用了32位的索引缓冲
30. “Submesh has non-zero base vertex.” 子网格对象有非0的基础顶点， submesh.BaseVertexLocation != 0
31. “The previous instanced draw call has reached its maximum instance count.” 先前的InstanceDrawCall已经达到了Instance的最大数量
32. “Motion Vector rendering doesn‘t support batching.” Motion Vector的渲染不支持Batching
33. “When using late latching, children of an XR late latched GameObject do not use batching.” 使用late latching时，XR late latched GameObject的子级不能合批
34. “Objects have different bounds and bounds instancing is disabled.” 对象具有不同的包裹体，那么包裹体实例化被禁用
35. “SRP: Node have different shaders.” 节点具有不同的着色器
36. “SRP: Node use multi-pass shader” 节点使用了多Pass着色器
37. “SRP: Node use different shader keywords” 节点使用了不同的着色器关键字
38. “SRP: End of the batch flush” Batch Flush结束
39. “SRP: Node is not compatible with SRP batcher” 节点与SRP Batcher不兼容
40. “SRP: Node material requires device state change” 节点材质需要改变渲染设备状态
41. “SRP: First call from ScriptableRenderLoopJob” ScriptableRenderLoopJob第一次调用
42. “SRP: This material has custom buffer override” 材质有自定义重写的Buffer