Unity 关于图形渲染优化的建议摘录

Posted 2023-05-09

参考技术A 在Player Settings 中开启Graphics Jobs 可以显著提升图形渲染的表现。
Graphics Job 勾选时，将允许Unity 使用Worker threads 来处理原本在主线程和渲染线程

减少批次（batches）或者令更多的物体共用同样的渲染状态（render state）可以减少SetPass calls。
减少需要被渲染的物体数量可以减少SetPass calls。
减少可见的物体数量

调整摄像机的远裁剪面并使用雾效来弥补远处物体无法被看见的失真现象

使用摄像机（camera）组件的layer cull distance 属性为不同层次的物体设置裁剪距离，如此可以保持场景的真实的前提下减少需要被渲染的物体数量

使用occlusion culling 技术

减少每个物体需要被渲染的次数可以减少SetPass calls 的数量。
实时光照、阴影和反射等效果可能会导致物体被渲染多次，从而影响性能。挑选合适的渲染路径对渲染性能有很大影响。一般情况下，Deffered Rendering 更适合使用大量实时光照、阴影和反射效果的高端设备，Forward Rendering 更加适合低端设备。

渲染实时阴影时，首先需要将会产生阴影的所有物体渲染进shadow map，因此有明显的渲染消耗。

对于静态物体（不会移动的物体）可以使用烘焙技术来预计算光照从而减少实时光照计算。

对于使用实时阴影的项目，使用Shadow Distance、Shadow Cascades 等技术有效优化实时阴影造成的渲染消耗。

反射探针可以创建非常真实的反射效果，但是会造成batches 上的开销，应该尽量减少使用。

合并批次从而减少SetPass calls 的数量。
可以合并为同一个批次（batch）的物体必须满足两个条件：使用同一个材质的同一个实例；拥有完全相同的材质设置（texture、shader、shader 的参数等）。尽量让更多的物体使用相同的材质以更好地利用合批（batching）技术

通过图集技术可以增加合批物体数量：对于那些使用相同材质，仅仅是材质实例使用不同贴图的情况，使用图集技术将不同的贴图打包进一个图集中，这样就可以使用同一个材质实例，达成合批条件。

注意Renderer.material 和Renderer.sharedMaterial 的区别，前者被修改后将会创建一个新的材质实例（无法合批）。

对于Shadow Caster Pass，只要其内部使用的属性相同，即使其在不同的材质中仍然可以和合批。

静态合批（static batching）可能会导致更高的内存和存储消耗：静态合批前，每个参与合批的物体都会创建一个副本，因此不适合密集型显示的物体群（例如茂密森林中的树木）

动态合批会导致一定的cpu 消耗。

目前支持合批的组件有MeshRenderer、Trail Renderers、LineRenderers、Particle System 和Sprite Renderers。

SkinnedMeshRenderer 不支持合批，可以使用SkinnedMeshRenderer.BakeMesh 方法创建一个合适的pose 后改用MeshRenderer 以支持合批技术。

如果目标平台支持，尝试开启Player Settings 中的GPU Skinning，让GPU 接管蒙皮。

由于半透明物体需要严格按照从后往前的顺序渲染，相较于不透明物体而言，他们更难达成合批条件。

提升像素填充率（filling rate）的手段
降低片元着色器的计算复杂度

检查透明材质、粒子系统和UI 元素的重叠情况，防止过量的overdraw

过量的后处理很容易导致像素填充率问题，如果需要用到大量的后处理效果，考虑将这些后处理合并到一个pass 中，例如Unity 提供的PostProcessing Stack

解决内存带宽问题
通过降低纹理内存占用来解决内存带宽问题。

使用纹理压缩技术可以极大减少纹理的大小。

使用Mipmap 技术可以降低远处物体占用内存带宽的问题。

关于Unity中Shader的使用

Shader也叫着色器，是Unity里面比较难的一个点

 

1: Shader是给GPU执行的程序,中文叫做着色器;
2: 着色器是运行在图形处理单元上，可以让开发人员直接操作图形硬件渲染功能；
3: shader能开发出很多好的效果，UV动画，水, 雾 等一些特效, 这些用程序开发出来(cpu)比较困难，性能还不好;
4: 渲染流水线, 模型投影, 定点着色;
5: shader一般主要有: 固定管线着色器, 顶点片元着色器, 表面着色器;
固定管线着色器(慢慢会被淘汰);
顶点shader: 干预模型形态的shader;
像素shader: 干预像素着色的shader;
6: 模型定点运算的时候，可以加入顶点shader来干预顶点的位置;
顶点着色的时候，加入像素shader来干预像素的上色;

 

UV动画：在模型上面再贴一张图，不断地改变这个新贴图的纹理坐标，就产生不断滚动的效果，就像cocos案例里面乌龟在水里游，身体被波光覆盖的那个动画

渲染流水线：一个3D模型拿到GPU里面渲染，有一个工作流水线，正是因为有了这些流水线，GPU才公开一些接口出来，方便程序员在流水线通道里面插入自己的代码。也就是说支持用户自己写代码插入流水线通道里面，来实现用户需要的特殊效果。

顶点shader：模型顶点进来了以后，我们可以通过shader把顶点变换成另外一种形状，比如我们有一个网格，是直来直去的那种，我们可以让shader干预一下这个网格上的顶点，让它变得弯弯的像波浪那种的样子，再贴上纹理。

像素shader：当我们成像上去后，要对点进行上色，哪个点要贴哪个纹理，所以需要对它们进行上色，上色的时候也可以用shader进行处理，比如刚才的乌龟的UV动画，把另外一个纹理和原来纹理结合。

 

 

 

 

1: 什么是Direct3D和opengl;
2: 目前面向GPU的编程语言主要有三种:
HLSL 语言 通过Direct3D编写的着色器程序，只能在Direct3D里面使用;
Cg 语言 NVIDIA和微软合作提供的语言,与C相似，Direct3D和opengl都支持；
GLSL语言 支持OpenGL上编写Shader程序;
3: Unity使用ShaderLab来进行着色程序的编写，对不同的平台进行编译，重点支持Cg语言;

 

显卡要支持Direct3D什么什么的......

Direct3D和opengl：PC发展史，PC实际上是继承在操作系统上面的，PC上面有各种各样的硬件在发展，如显卡，显卡就提出越来越多的把很多的图形单元放在GPU上面运算，可是我的显卡虽然支持这种计算，但是怎样告诉程序，所以要把显卡的功能做出一组API出来，公布给程序使用。

 

现在有两个端口，一个是操作系统是OS：Windows，Linux，一个是显卡产商Nvidia，AMD，两个显卡产商，它们之间要怎么统一标准，所以微软提出来一个叫DirectX的标准，图形的标准，里面定义很多硬件加速的接口，显卡产商就负责在显卡驱动里面来实现支持这些接口，所以当DirectX装好了以后，我们的代码使用DirectX的API，由于显卡的驱动接好了底层的API的实现，所以API就能够使用显卡加速，来获得很好的图形性能，这就是为什么显卡总要装一个驱动，因为它装好驱动以后要把图形图像的接口统一起来接好，这样通过DirectX就能访问得到显卡的硬件加速。

 

微软DirectX不开源的，而Linux的OpenGL是开源的，安卓，Linux，IOS，都支持OpenGL，而不支持DirectX，微软也支持OpenGL，大家在Windows上面习惯使用DirectX，在Linux上面习惯使用OpenGL

而Unity是跨平台的游戏引擎，所以在Windows上使用DirectX,，在Linux上使用OpenGL。

 

有了这两个标准以后，显卡产商就通过驱动的形式，把标准接入到标准库里面去，这样应用程序只要调用API就能够使用显卡加速，如果有的话。

同时DirectX和OpenGL也支持用户直接塞程序，比如塞shader给显卡执行，所以GPU显卡也有编程语言，有三种HLSL，Cg，GLSL语言

由于Unity是跨平台的游戏引擎，所以它重点支持cg语言，但是它又不直接使用cg语言，而是自己搞一个shaderLab语言来做着色程序的编写，这样我们就可以使用Unity的shaderLab的语法来生成各种各样平台不同的着色程序。

我们所说的shader就是使用Unity的shaderLab来编写的着色程序。

 

 

Shader Lab语法基础

1: 定义一个Shader,每一个着色程序都要有一个Shader
　　Shader “name” { // name shader名字
　　// 定义的一些属性，定义在这里的会在属性查看器里面显示;
　　[Propeties]
　　// 子着色器列表，一个Shader必须至少有一个子着色器;
　　Subshaders: {....}
　　// 如果子着色器显卡不支持，就会降级,即Fallback操作;
　　[Fallback]
}

 

Properties定义

1:name(“display name”, type) = 值;
　　name指的是属性的名字，Unity中用下划线开始_Name;
　　display name是在属性检查器的名字;
　　type: 这个属性的类型
　　值: 只这个属性的默认值;
2: 类型:
　　Float, Int, Color(num, num, num, num)(0 ~ 1) Vector(4维向量), Range(start, end)
　　2D: 2D纹理属性;
　　Rect: 矩形纹理属性;
　　Cube: 立方体纹理属性;
　　3D: 3D纹理属性;
　　name(“displayname”, 2D) = “name” {options}
3: Options: 纹理属性选项
　　TexGen:纹理生成模式,纹理自动生成纹理坐标的模式;顶点shader将会忽略这个选项;
　　ObjectLinear, EyeLinear, SphereMap, CubeReflect CubeNormal
　　LightmapMod: 光照贴图模式如果设置这个选项,纹理会被渲染器的光线贴图所影响。

 

例子

1: _Range (“range value”, Range(0, 1)) = 0.3; // 定义一个范围
2: _Color(“color”, Color) = (1, 1, 1, 1); // 定义一个颜色
3: _FloatValue(“float value”, Float) = 1 // 定义一个浮点
4: _MainTex (“Albedo”, Cube) = “skybox” {TexGen CubeReflect} // 定义一个立方贴图纹理属性;

 

 

 

SubShader子着色器，我觉得类似一个一个连接通道的管道

1: SubShader {[Tags], [CommonState], Pass {} }子着色器由 标签(Tags),通用状态,通道列表组成,它定义了一个渲染通道列表，并可选为所有通道初始化需要的通用状态;

pass就是通道，就是流水线上面一个一个的通道，物体模型经过一个一个通道，最终把经过通道处理的物体绘制出来。
2: SubShader渲染的时候，将优先渲染一个被每个通道所定义的对象。
3: 通道的类型: RegularPass, UsePass, GrabPass,
4: 在通道中定义状态同时对整个子着色器可见，那么所有的通道可以共享状态;

 

SubShader 语法

1: SubShader {
Tags {“Queue”, “Transparent” }
Pass {
Lighting Off // 关闭光照
....
}
}

 

Tags 

1: Tags {“标签1” = “value1” “key2” = “value2”}
2: 标签的类型:
Queue tag 队列标签;
RenderType tag 渲染类型标签;
DisableBatching tag 禁用批处理标签;
ForceNoShadowCasting Tag 强制不投阴影标签;
IgnoreProjecttor 忽略投影标签;
CanUseSpriteAtlas Tag,使用精灵图集标签;
PreviewType Tag预览类型标签;

 

Pass 

1: subshader 包装了一个渲染方案，这些方案由一个个通道(Pass)来执行的，SubShader可以包括很多通道块,每个Pass都能使几何体渲染一次;
2: Pass基本语法:
Pass { [Name and Tags] [RenderSetup] [Texture Setup]}
Pass块的Name引用此Pass,可以在其它着色器的Pass块中引用它，减少重复操作,Name命令必须打大写;

 

 

RegularPass 渲染设置

1: Lighting 光照: 开启关闭定点光照 On/Off
2: Material{材质块}: 材质,定义一个使用定点光照管线的材质;
3:ColorMaterial: 颜色集 计算定点光照的时使用顶点颜色;
4: SeparateSpecular: 开光状态 开启或关闭顶点光照相关的镜面高光颜色，On/Off;
5: Color 设置定点光照关闭时的所使用的颜色;
6: Fog{雾块}: 设置雾参数;
7: AlphaTest: Alpha测试
8: ZTest: 深度测试模式;
9: ZWrite: 深度写模式;
10: Blend: 混合模式 SourceBlendMode, DestBlendMode, AlphaSourcesBlendMode, AlphaDstBlendMode;
11: ColorMask 颜色遮罩: 设置颜色遮罩,颜色值可以由RGB或A或0或R,G,B,A的组合,设置为0关闭所有颜色通道渲染;
12: Offset偏移因子: 设置深度偏移;

 

特殊通道UsePass

1: UsePass: 插入所有来自其它着色器的给定名字的通道;
UsePass ”Shader/Nmae”, Name为着色器通道;
UsePass “Specular/BASE” // 插入Specular中为Bass的通道;

 

GrabPass
1: GrabPass {}: 一种特殊通道类型，他会捕获物体所在的位置的屏幕的内容，并写入一个纹理中，这个纹理能被用于后续通道中完成一些高级图像特效,后续通道可以使用
_GrabTexture进行访问;
2: GrabPass{“纹理名称”} 捕获屏幕内容到指定纹理中，后续通道可以通过纹理名称来访问;

 

Fallback

1:降级: 定义在所有子着色器之后,如果没有任何子着色器能运行，则尝试降级;
2: Fallback “着色器名称”;
3: Fallback Off;
没有降级，并且不会打印任何警告;

 

Category分类

1:分类是渲染命令的逻辑组。例如着色器可以有多个子着色器,他们都需要关闭雾效果，和混合
　　Shader “xxxx” {
　　Categroy {
　　Fog { Mode Off }
　　SubShader {...}
　　SubShader {...}
　　}
}