團(tuán)結(jié)引擎新增GPU Resident Drawer--降低小游戲繪制功耗

Tuanjie 1.6.0版本針對(duì)小游戲平臺(tái)引入了一項(xiàng)令人心動(dòng)的新能力--GPUResident Drawer，它可以幫助降低復(fù)雜場(chǎng)景的繪制功耗，提升復(fù)雜場(chǎng)景的渲染性能。通過(guò)優(yōu)化CPU側(cè)的負(fù)載，它使得開(kāi)發(fā)者能在保證性能的前提下，制作出場(chǎng)景更加復(fù)雜且效果出眾的小游戲。這一能力也同時(shí)會(huì)讓iOS、Android等平臺(tái)有一定的受益。

GPU Resident Drawer 是如何工作的？

• 利用BatchRendererGroup進(jìn)行快速合批（渲染場(chǎng)景常駐GPU，減少渲染參數(shù)提交）

• 更好的利用GPU Instancing，減少draw call調(diào)用
  

從而降低 CPU 負(fù)載并提升幀率。

關(guān)鍵特性

• 使用傳統(tǒng)GameObject + Renderer組織的場(chǎng)景，可自動(dòng)獲取BatchRendererGroup的高效合批，無(wú)需對(duì)現(xiàn)有場(chǎng)景進(jìn)行特殊改造

• Draw call數(shù)量越高、場(chǎng)景越復(fù)雜、場(chǎng)景中可GPU實(shí)例化的Renderer越多，收益越大

• Renderer更新頻率越低（如位置、材質(zhì)變化等），需要更新GPU數(shù)據(jù)的頻率越低，收益越大

• 優(yōu)化對(duì)象是MeshRenderer。不包括SkinnedMeshRenderer、VFX、粒子等

支持小游戲平臺(tái)

在 Unity 6的版本里，GPU Resident Drawer 不支持GLES平臺(tái)。為了優(yōu)化小游戲CPU側(cè)繪制功耗，我們借鑒了Unity 6的思路，定制了針對(duì)小游戲平臺(tái)的GPU Resident Drawer。

• 針對(duì)小游戲不支持SSBO和Compute Shader的限制，使用Texture存儲(chǔ)Renderer數(shù)據(jù)。

• 針對(duì)小游戲平臺(tái)暫不支持Burst和多線(xiàn)程、C#中的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)高于C++的問(wèn)題，全新實(shí)現(xiàn)了一份純C++版本，以保證性能表現(xiàn)。

在后續(xù)的版本中，我們將針對(duì)iOS、Android以及PC平臺(tái)做更好的適配及優(yōu)化。

GRD 帶來(lái)的性能收益

GPU Resident Drawer適用于有大量Renderer共享相同的Mesh和 Material的場(chǎng)景，比如建筑、巖石、草地等。

如視頻所示，URP Sample Scene中的Garden場(chǎng)景開(kāi)啟GPU Resident Drawer后：Batches由3000以上降低至1000以下、FPS由120以下提升到140以上。

從Profiler/Timeline中也可以看到明顯的耗時(shí)下降。

安卓平臺(tái)，Garden場(chǎng)景，關(guān)閉GRD

安卓平臺(tái)，Garden場(chǎng)景，開(kāi)啟GRD

小游戲平臺(tái)，某MMO游戲，關(guān)閉GRD

小游戲平臺(tái)，某MMO游戲，開(kāi)啟GRD

開(kāi)發(fā)者能觀察到的性能提升，取決于場(chǎng)景的規(guī)模和渲染時(shí)GPU實(shí)例化的程度，GPU實(shí)例化對(duì)象越多，獲得的收益就越大。

開(kāi)啟GPU Resident Drawer的收益同樣體現(xiàn)在功耗指標(biāo)的降低，在多個(gè)平臺(tái)和設(shè)備上，我們可以看到功耗數(shù)據(jù)的喜人變化。

小游戲平臺(tái)，以某款重度MMO小游戲?yàn)槔?/p>

處理器

功耗（mW）

SRP Batcher

GPU Resident Drawer

收益

驍龍8Gen2

驍龍7+Gen3

Apple A15

55.3

Apple A13

安卓和iOS平臺(tái)，以Garden場(chǎng)景為例：

處理器

功耗（mW)

SRP Batcher

GPU Resident Drawer

收益

驍龍8Gen2

驍龍7+Gen3

50.2

Apple A15

66.0

Apple A13

30.9

*需要注意的是，在少數(shù)舊型號(hào)設(shè)備上（例如驍龍870），開(kāi)啟GPU Resident Drawer后也可能出現(xiàn)一定的功耗負(fù)收益（約100mW），可能和硬件、驅(qū)動(dòng)的支持不完善有關(guān)，建議開(kāi)發(fā)者根據(jù)實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)權(quán)衡選用。

快速上手

GPU Resident Drawer 功能適用于URP 3D項(xiàng)目，您可以通過(guò)以下幾個(gè)步驟快速啟用：

1.打開(kāi)菜單 Edit > Project Settings > Quality， 雙擊 Render Pipeline Asset，在inspector中配置渲染管線(xiàn)。

2.在渲染管線(xiàn)配置界面，Rending 一欄中，將 GPU Resident Drawer 設(shè)置為 Instanced Drawing

3.在渲染管線(xiàn)配置界面，啟用 SRP Batcher

4.在渲染管線(xiàn)配置界面，雙擊Renderer List，配置Renderer，如下：Rendering Path設(shè)置為Forward+ 或 Forward（Forward 僅支持單個(gè)平行光源）

5.打開(kāi)菜單 Edit > Project Settings > Graphics, 在Shader Stripping部分，將BatchRendererGroup Variants設(shè)置為Keep All，以確保編譯所有必要的著色器變體

Project Settings > Graphics, 在 Shader Stripping 部分，將 BatchRendererGroup Variants 設(shè)置為 Keep All，以確保編譯所有必要的著色器變體"},"attribs":{"0":"*0+17*0*1+g*0+6*0*1+r*0+5*0*1+8*0+g"}},"apool":{"numToAttrib":{"0":["author","7475251529973383169"],"1":["bold","true"]},"nextNum":2}},"type":"ordered","referenceRecordMap":{},"extra":{"channel":"saas","isEqualBlockSelection":true,"pasteRandomId":"1b7962ab-c0c2-4848-a621-156f0640017f","mention_page_title":{},"external_mention_url":{}},"isKeepQuoteContainer":false,"isFromCode":false,"selection":[{"id":105,"type":"text","selection":{"start":0,"end":121},"recordId":"UKN0dI1OKoAAAjxrjJScOkyxnDh"}],"payloadMap":{},"isCut":false}" data-lark-record-format="docx/text">

您還可以繼續(xù)優(yōu)化設(shè)置、局部禁用 GRD 功能、查看優(yōu)化效果、排查問(wèn)題等，更多操作請(qǐng)參閱官方指南：

https://docs.unity.cn/cn/tuanjiemanual/Manual/GPUResidentDrawer.html

Known issues

• 目前僅支持 URP 管線(xiàn)，未來(lái)將增加對(duì) HDRP 管線(xiàn)的支持。

• 如果在 RenderFeature 里有增加 Material Override Mode 的材質(zhì)，且材質(zhì)本身不支持 GPU Resident Drawer（使用自定義shader且實(shí)現(xiàn)不滿(mǎn)足要求，例如未聲明dots_instancing keyword等），這種情況下 Override 的材質(zhì)可能無(wú)法正確的顯示。

• 在 Editor 打包成功后可能會(huì)出現(xiàn)場(chǎng)景不渲染，并在控制臺(tái)輸出錯(cuò)誤日志的情況，這個(gè)時(shí)候 reload 場(chǎng)景或者 reload project 即可以恢復(fù)正常，Player 模式不受影響。

• 引擎會(huì)根據(jù) GPU Resident Drawer 開(kāi)關(guān)對(duì) Shader 變體進(jìn)行裁剪，以減少其數(shù)量。因此，在 Player 中動(dòng)態(tài)開(kāi)關(guān) GPU Resident Drawer 時(shí)，可能會(huì)因找不到變體而導(dǎo)致渲染錯(cuò)誤?？梢孕薷?Package 源碼，手動(dòng)移除 Shader 變體裁剪的邏輯代碼。

• Forward 路徑下燈光目前只支持單一主方向光。

• SpeedTree 的物體暫時(shí)不支持Wind的效果，開(kāi)啟 Wind 后物體會(huì)回退到 GRD Disable 的渲染狀態(tài)

• 在 Android 手機(jī)上使用 Vulkan，打 development 包調(diào)試時(shí)，會(huì)報(bào) Platform does not support uploading texture2d subrect data 這個(gè)錯(cuò)誤，但 release包不受影響。

原理簡(jiǎn)介

性能優(yōu)化

在 URP 管線(xiàn)中，采用 SRP Batcher 可以減少渲染狀態(tài)的切換，提高渲染效率：

分析 SRP Batcher 的過(guò)程，我們發(fā)現(xiàn)有兩個(gè)環(huán)節(jié)可以?xún)?yōu)化：

• RenderNodes 每幀都會(huì)重新創(chuàng)建，但對(duì)于靜態(tài)場(chǎng)景而言，大部分對(duì)象幾乎不會(huì)變化，也就沒(méi)有必要頻繁重新創(chuàng)建 RenderNodes。

• 繪制每個(gè) Batch 時(shí)，對(duì) Batch 內(nèi)的 RenderNode 逐個(gè)繪制，并未分析他們是否可以通過(guò) GPU Instancing 的方式合并繪制。

GRD針對(duì)這兩個(gè)環(huán)節(jié)都進(jìn)行了優(yōu)化：

• Renderer 信息常駐 GPU Buffer：收集當(dāng)前場(chǎng)景中所有符合條件的MeshRenderer，將繪制相關(guān)數(shù)據(jù)保存至 GPU Buffer 中，收集到的這些MeshRenderer 不再每幀生成 RenderNode。

• GPU Instancing：組織 Batch 時(shí)，將相同材質(zhì)的 Renderer 組織到同一個(gè) Batch，對(duì)于Mesh也相同的Renderer，通過(guò) GPU Instancing 繪制從而減少 Draw Call 調(diào)用。

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