百人以上的同屏战斗，GPU实现大规模动画角色渲染

当遇到百人千人以至于万人同屏战斗时，渲染带给我们设备的压力是很大的，这也就是性能较差，机型过老的手机无法运行某些游戏的原因之一

对于这个问题，本文给出了一些解决方案，（为了让不懂技术的观众也能看懂本文，对此文中出现过的名词也做了相应解释）

首先关闭阴影，阴影开销是看不见的杀手，阴影会导致一个物体多次绘制，将需要绘制的物体重复提交给GPU，在阴影的作用下，Batches量大大提高，DrawCall量大大提高，什么是DrawCall？

在unity中，每次CPU准备数据并通知GPU的过程就称之为一个DrawCall。 具体过程就是：设置颜色-->绘图方式-->顶点坐标-->绘制-->结束，所以在绘制过程中，如果能在一次DrawCall完成所有绘制就会大大提高运行效率，进而达到优化的目的。

DrawCall为什么会影响游戏运行效率？

说道为什么会影响效率，就首先要了解一下他的工作原理：为了CPU和GPU可以进行并行工作，就需要一个命令缓冲区，就是由CPU向其中添加命令，然后又GPU从中读取命令，这样就实现了通过CPU准备数据，通知GPU进行渲染。

在每次调用DrawCall之前，CPU需要向GPU发送很多内容，主要是包括数据，渲染状态（就是设置对象需要的材质纹理等），命令等。CPU进行的操作具体就是：

准备渲染对象，然后将渲染对象从硬盘加载到内存，然后从内存加载到显存，进而方便GPU高速处理设置每个对象的渲染状态，也就是设置对象的材质、纹理、着色器等输出渲染图元，然后向GPU发送DrawCall命令，并将渲染图元传递给GPU

其次对Animation和Skinned Meshed Render 的开销进行优化

具体做法详见程序及思维导图，下面简略说明原理

这里我们来说一下Animation是什么，他做了哪些事情？

1. 读取模型的顶点
2. 读取动画文件，根据动画文件算出顶点在这一帧的位置

如何对Animation优化呢？

在计算机中有一经典优化方案，当CPU出现瓶颈时，就拿空间换时间，这个道理放在生活里也一样。

以帧动画为例，对于Animation计算每一帧位置的行为，我们需要预先将他计算出来。

1. 生成动画，预先计算位置存放在一张贴图里
2. 利用着色器Shader将贴图传递给GPU中的参数texture
3. 顶点Shader决定模型形状时，利用着色器Shader从贴图中拿取坐标，转化成世界坐标，转化成透视投影

除了顶点动画，当动画复杂度有限的情况下，还可以利用UV来制作动画，根据不断更换UV范围达到序列帧动画效果的UV序列帧动画，将CPU的消耗转为GPU的消耗，使一部分计算更为高效，先定义帧动画的总帧数，图元排列的行数和列数，以及播放速度，在顶点着色时算好UV，计算过程是通过当前的时间和速度及总帧数，获得当前所在的帧数。

第二个方法是离线制作加速动画

方法一实质上是将CPU的消耗转移到GPU上，从而使动画性能得以优化。和方法一的相同点在于用空间换时间，例如一个时长为5秒的蒙皮网格动画，每秒30帧，总共需要150个画面，我们最多要准备150个模型依次在每帧中播放。但是用内存和硬盘的压力来换CPU的想法合不合理

举个例子，假设这个场景只有2-3个模型在播放该动画，为了这2-3个模型动画，就需要额外准备150个模型来播放该动画，本来只要一个模型 骨骼就可以办到的事，却要用150个模型来代替，加载150个模型也是需要时间得，更何况内存额外增到了150倍，这样看确实是不值得去做。那么再假设场景中同时播放该动画的模型数量非常多，如20个，这20个模型每帧都需要通过模型 骨骼的方式计算出一个模型的变化形状，而且用重复计算100次，这时如果是用150个模型来代替每帧持续的CPU消耗就值得了，具体步骤如下：

1. 加载模型和动画
2. 播放动画
3. 定格在当前帧
4. 将当前帧模型网格数据导出到文件
5. 若不是最后一帧，则继续播放下一帧，跳到第三步，重复运行，否则结束进程

方法三利用GPU Instancing合批 动画组件MeshAnimator优化

动画组件MeshAnimator其原理是，将蒙皮动画烘焙成N份Mesh，播放动画就是替换MeshRenderer的Mesh。然后我们项目的情况是3种角色，4种动画，场景上会出现最大100 的角色，假设此时的DrawCall是100，我们控制一个角色播放一个动画时统一使用同一个Mesh播放序列，既保证了播放同一个动画的角色，其MeshRenderer里的Mesh都是一样的，这样DrawCall最大只有3*4 = 12个

这其实还是空间换时间的概念，而且MeshRenderer支持GPU Instancing，二者相结合

GPU Instancing其核心思想是，用一个 Draw Call 让 GPU 渲染一个物体有时候很浪费，不如在合适的时机，用一个 Draw Call 让 GPU 渲染一堆物体（100个，200个，甚至更多）

GPU Instancing 的工作原理是将具有相同 Mesh 和相同 Material 的多个 Object 的绘制放在同一个 Draw Call 中。GPU Instancing 在提高渲染建筑、树、草地等使用相同的材质和网格的对象的效率方面效果显著。虽然 GPU Instancing 只能把具有相同的 Mesh 和 Material 的对象放到同一个 Draw Call 中渲染，但是每个实例可以有不同的材质参数（例如 color，scale）。使用 GPU Instancing 可以显著提高渲染性能

具体来说使用 GPU Instancing，Unity 会将可见范围内的所有符合要求的 Object 的对象的属性（位置，uv等）放入到 GPU 中的缓冲区中，从中抽取一个对象作为实例送入渲染流程，这个对象包含了所有符合要求对象的公共信息（那些它们相同的部分），收到 Draw Call 之后，从显存中取出实例的部分共享信息与从GPU常量缓冲器中取出对应对象的相关信息一并传递到下一渲染阶段

对于渲染优化的内容分享到这里就结束了，算是笔者对于这部分的一个总结，其中内容部分参考自《Unity3D高级编程之进阶主程》

谢谢大家的观看

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