【Unity TIL】Unity 通過 DrawInstance 一次繪制多個實體（三）

游戲開發中，可能會碰到一次繪制多個擁有相同 mesh 的物體，它們可能是位置，旋轉等不同，或者是材質的某些引數不同，我們要做的就是配合 Unity 的渲染方式，盡可能地減少繪制的操作，

由于下文主要討論的是 DrawInstance 和 MaterialPropertyBlock，所以其他的一下影響合批的內容沒有討論，

動態合批

繪制多個相同 Mesh，相同 Material 的物體時，打開 Material 的 Gpu Instance 選項，在滿足頂點限制的條件下，會進行動態合批（動態合批需要打開），

不同 Material 會打斷合批

修改 Material 的引數，這樣會打斷合批，并且 Unity 會為每一個物體創建一個 Material 的實體，

public class TestDrawInstance : MonoBehaviour
{
    public Transform[] Cubes;
    
    void Start()
    {
        foreach (var cube in Cubes)
        {
            cube.GetComponent<Renderer>().material.
                SetColor("_Color", new Color(
                Random.Range(0f, 1f),
                Random.Range(0f, 1f),
                Random.Range(0f, 1f)));
        }
    }
}

通過 MaterialPropertyBlock 避免創建 Material 實體

這時可以借助 MaterialPropertyBlock 來設定不同的屬性，但是這只會節省，創建多個 Material 的消耗，并不會影響到渲染，依然會打斷合批， 不會打斷，滿足動態合批的條件時，會進行合批，

MaterialPropertyBlock propertyBlock = new MaterialPropertyBlock();
foreach (var cube in Cubes)
{
    // 設定不同的屬性
    propertyBlock.SetColor("_Color", new Color(
        Random.Range(0f, 1f),
        Random.Range(0f, 1f),
        Random.Range(0f, 1f)));
    
    // 設定 PropertyBlock 替代設定 material 屬性
    cube.GetComponent<Renderer>()
        .SetPropertyBlock(propertyBlock);
}

DrawMeshInstanced 一次性繪制

直接使用 DrawMeshInstanced API 也可以達到合批的作用，但是無法設定不同的引數，同時需要注意一次 DrawInstance 呼叫最多繪制 1023 個物體的限制，

public Transform[] Cubes;
private Material drawMat;
Mesh drawMesh;
Matrix4x4[] trsMat;

private void Update()
{
    // 使用 DrawInstance 繪制一次性繪制
    drawMat = Cubes[0].GetComponent<Renderer>().sharedMaterial;
    drawMesh = Cubes[0].GetComponent<MeshFilter>().sharedMesh;
    trsMat = new Matrix4x4[Cubes.Length];

    for (int i = 0; i < Cubes.Length; i++) {
        trsMat[i] = Matrix4x4.TRS(
            Cubes[i].position, 
            Cubes[i].rotation, 
            Cubes[i].lossyScale);
        Cubes[i].GetComponent<Renderer>().enabled = false;
    }
    
    Graphics.DrawMeshInstanced(
        drawMesh,
        0,
        drawMat,
        trsMat,
        Cubes.Length,
        null,
        ShadowCastingMode.Off,
        false
        );
}

DrawMeshInstanced 配合 MaterialPropertyBlock 進行繪制

DrawMeshInstanced 和 MaterialPropertyBlock 同樣是可以進行配合的，但是需要撰寫能處理 MaterialPropertyBlock 資料的 shader，

首先要 撰寫支持 GPU Instancing 的 Shader，以頂點片元 shader 為例，需要如下步驟

1. 開啟 gpu instance， #pragma multi_compile_instancing
2. 在結構體中添加 id 宣告，UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
3. 定義資料，
4. setup，在 vert/frag 中使用需要先 UNITY_SETUP_INSTANCE_ID，在 frag 中使用還要在 vert 中使用 UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID
5. 獲取資料，UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP

shader sample

Shader "Custom/TestDrawInstance"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            // make fog work
            #pragma multi_compile_fog
            // 1. 開啟 gpu instancing
            #pragma multi_compile_instancing

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                // 2. 在資料中添加一個語意為 SV_InstanceID 的元素
                // 在 vertex 中使用
                UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                UNITY_FOG_COORDS(1)
                float4 vertex : SV_POSITION;
                
                // 2. 在資料中添加一個語意為 SV_InstanceID 的元素
                // 在 fragment 中使用
                UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
            };

            // 3. 定義資料, name 為任意字串, START 和 END 成對使用
            UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(Props)
                // 定義一個實體屬性
                UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float4, _Color)
            UNITY_INSTANCING_BUFFER_END(Props)

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                
                // 4. setup
                UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v);
                // 在 fragment 中使用，需要在此進行設定
                UNITY_TRANSFER_INSTANCE_ID(v, o);
                
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
                UNITY_TRANSFER_FOG(o,o.vertex);
                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            {
                // 4. setup
                UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(i);
                // sample the texture
                fixed4 col = tex2D(_MainTex, i.uv);
                // 5. 獲取實體資料
                col = UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props, _Color);
                // apply fog
                UNITY_APPLY_FOG(i.fogCoord, col);
                return col;
            }
            ENDCG
        }
    }
}

使用代碼控制繪制

public class TestDrawInstance : MonoBehaviour
{
    public Transform[] Cubes;
    private Material drawMat;
    private Mesh drawMesh;
    private Matrix4x4[] trsMat;
    private MaterialPropertyBlock instanceBlock;
    private Vector4[] colors;

    private void Start()
    {
        drawMat = Cubes[0].GetComponent<Renderer>().sharedMaterial;
        drawMesh = Cubes[0].GetComponent<MeshFilter>().sharedMesh;
        trsMat = new Matrix4x4[Cubes.Length];
        colors = new Vector4[Cubes.Length];

        instanceBlock = new MaterialPropertyBlock();
        for (int i = 0; i < Cubes.Length; i++)
        {
            colors[i] = new Vector4(
                Random.Range(0f, 1f),
                Random.Range(0f, 1f),
                Random.Range(0f, 1f),
                1);
            Cubes[i].GetComponent<Renderer>().enabled = false;
        }
        instanceBlock.SetVectorArray("_Color", colors);
    }

    private void Update()
    {
        for (int i = 0; i < Cubes.Length; i++) {
            trsMat[i] = Matrix4x4.TRS(
                Cubes[i].position, 
                Cubes[i].rotation, 
                Cubes[i].lossyScale);
        }
        
        Graphics.DrawMeshInstanced(
            drawMesh,
            0,
            drawMat,
            trsMat,
            Cubes.Length,
            instanceBlock,
            ShadowCastingMode.Off,
            false
            );
    }
}

參考鏈接

• Material Property Block 使用
• DrawMeshInstanced 配合 MeterialPropertyBlock 進行繪制
• GPU Instancing

標籤：其他

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