團結引擎虛擬幾何體（Virtual Geometry）移動端正式上線

團結 1.7.3 版本中，虛擬幾何體(Virtual Geometry, VG)功能正式支持 URP 渲染管線，以及包括 Android、iOS 在內的移動端設備。將上億面片量級的影視級實時渲染能力從 PC 端帶入到了移動端，旨在為移動端的次世代畫質飛躍奠定堅實的技術基礎。

以下場景為虛擬幾何體示例場景，四個視角分別代表了渲染結果、ClusterID、TriangleID、InstanceID。這個場景的三角形面數(shù)規(guī)模在10 億左右，可以從 TriangleID 的視圖下看到，場景中三角面十分密集。在經典的渲染管線中，實時渲染如此龐大數(shù)量的三角面幾乎是不可能完成的事情。然而在虛擬幾何體技術的加持下，在移動設備渲染如此精細的場景也成為了可能。

下面兩圖展示了此場景運行在 iphone13 (蘋果A15芯片)上的狀態(tài)，其中第二張圖為場景中三角面的示意圖。在此視角下有一個 12×13 的雕像陣列，其中每個雕像都是有 400 萬面的掃描資產。那么在這個視角下，總計同屏實時渲染了超過 6 億個三角面

[注1]

值得一提的是，這個示例場景中不僅只包含超高面數(shù)的模型。場景中包含了超過10000 個物體，超過100 個的不同材質，其中包括了 alpha clip 材質。場景中添加了數(shù)十個點光源，并且使用了光照探針、光照貼圖等全局光照方案。并且也添加了粒子特效、后處理等渲染效果。這并非僅僅只是一個只用于展示多面數(shù)渲染的場景，而是一個包含了眾多應用場景的真實用例。

移動端虛擬幾何體性能分析
幀率對比

由于在較重的場景中無法運行經典的渲染管線，所以我們使用了如下所示的簡單退化場景來對開啟/關閉虛擬幾何體的幀率進行對比。場景中依舊是掃描資產的雕像，每個雕像有 400 萬面，共有 13 個雕像。視頻上/下部分分別代表開啟/關閉虛擬幾何體的情況。在 iphone13 上開啟虛擬幾何體來渲染這些高模時，可以穩(wěn)定在60 幀進行渲染。然而關閉虛擬幾何體，只使用普通的延遲渲染管線進行渲染時，幀率大約只有10 幀左右。通過這個簡單的場景，我們可以直觀感受到虛擬幾何體技術給移動設備上渲染高面數(shù)模型的能力帶來的巨大提升。

Draw Call 數(shù)目與顯存占用對比

使用虛擬幾何體技術可以大幅度降低在復雜場景下所需要的 Draw Call 數(shù)量以及顯存占用。對于開始的示例場景，當關閉VG時，場景總共需要5.5k 個 Draw Call才能完成繪制，這里 Draw Call 數(shù)量較多是因為場景中有大量物體以及大量材質。場景總體需要大約6GB的顯存占用，這里主要是因為場景中高面數(shù)模型數(shù)據(jù)占據(jù)顯存

[注2]

關閉 VG 時，渲染參數(shù)

而當開啟 VG 時，普通 Draw Call 只需要625 個

[注3]

開啟 VG 時，渲染參數(shù)

除了整體的 Draw Call 數(shù)目，對于一些部分的 Draw Call 也有特殊的優(yōu)化。比如在陰影的繪制部分：使用包含 4 個 Cascade 的 CSM 陰影。當關閉 VG，使用 SRP Batcher 的陰影繪制時，需要16 個SRPBatch，大約包含共4800 次 Draw Call才能完成陰影的繪制。

關閉 VG 時，陰影渲染 Draw Call

而當開啟 VG 時，僅需要6 次 Draw Call就能完成全部陰影的繪制，這無疑是一個巨大的提升。

開啟 VG 時，陰影渲染 Draw Call

功耗情況

依舊是在最初的示例場景中，在 iphone 13 上進行持續(xù) 1 小時的功耗測試。最終功耗大約穩(wěn)定在 3W 左右，設備溫度穩(wěn)定在 41℃ 左右。在一小時的持續(xù)時間內，幀率基本保持完全穩(wěn)定。

在 Android 上，整體表現(xiàn)與在 iOS 上類似。在搭載了天璣 9300 芯片的 Android 設備上進行功耗測試。最終功耗大約穩(wěn)定在 2W 左右，設備溫度穩(wěn)定在 36℃ 左右。在持續(xù)時間內，有一小段時間的低幀率。在大多時間幀率都保持穩(wěn)定。

移動端虛擬幾何體優(yōu)化

為了適配移動端虛擬幾何體，基于移動端硬件的特性，我們使用了多個優(yōu)化方案：

1.基于移動端硬件的特性，虛擬幾何體推出了模型數(shù)據(jù)固定壓縮比例的編碼方案。相較于原有的可變壓縮比例編碼方案降低約45%的 ALU 開銷。使得在 GPU 上實現(xiàn)更高效的解碼計算，顯著降低移動端 GPU 運算壓力。

2.可變壓縮比例方案在一定情況下可能增加包體大小。為了優(yōu)化數(shù)據(jù)大小，我們推出了針對模型數(shù)據(jù)的層級剔除。用戶可手動調整模型留存的層級比例，平衡數(shù)據(jù)大小與模型精度。對于高精度模型，可以優(yōu)化超過90%的數(shù)據(jù)占用大小。

最大程度留存以及低程度留存層級比例時，渲染表現(xiàn)對比以及數(shù)據(jù)大小對比

3.為了平衡畫面表現(xiàn)與性能，我們推出了 Rendering Detail Bias 的選項。用戶可手動調節(jié)此值，使畫面傾向于選擇更加精細或粗糙的渲染層級。調節(jié)此值最多可使場景降低約75%的渲染面數(shù)，進一步提高渲染效率。

Rendering Detail Bias = 0

Rendering Detail Bias = 3

4.針對移動端的虛擬幾何體，重新定制了陰影貼圖、GPU 驅動的反射探針等實現(xiàn)，進一步提高性能。

快速上手

使用移動端的虛擬幾何體非常簡單，只需要簡單幾步即可完成。

1.創(chuàng)建 URP 工程，在 Edit -> Project Settings -> Graphics 中開啟虛擬幾何體總開關；

2.導入模型資產，在 Model Importer 中開啟模型的 VG 開關；

3.入開啟了 VG 的模型到 Scene 中，并編輯一個您理想中的場景；

4.像普通工程一樣進行出包，即可在移動設備上使用虛擬幾何體了。

在實踐中，為了獲得更好的性能，我們還需要針對虛擬幾何體進行一些特殊的設置，包括前文提到的固定壓縮比例設置、模型層級剔除設置、渲染細節(jié)偏移設置等。

詳情可見官方文檔中對設置的詳細說明。

https://docs.unity.cn/cn/tuanjiemanual/Manual/VirtualGeometry-UseOnMobile.html

1.虛擬幾何體移動端當前僅支持 iPhone 8(A11芯片)及之后推出的 A 系列芯片和 M 系列芯片的蘋果移動設備、裝配天璣 9200 及之后推出的 9000 系天璣芯片和驍龍 8 Gen2 及之后推出的8系驍龍芯片的安卓移動設備；

2.對于更早期的芯片，大多對 SSBO cache 以及 Compute Shader 的支持不完善，會導致帶寬瓶頸或計算效率低下。故而暫時不建議使用虛擬幾何體。所以對于低端機型，推薦回退使用 LOD Group；

3.移動端上 Budget Memory 在根據(jù) Quality 的設置申請后，不會擴充大小，如果出現(xiàn)部分物體無法繪制情況，可嘗試增加 Budget Memory 中 Persistent Buffer 大小。

未來展望

未來，團結引擎的 VG Mobile 功能將持續(xù)強化，致力于為開發(fā)者提供更好、更全面的服務，包括但不限于：

• 支持更多芯片，更多移動端機型。

• 對開源鴻蒙系統(tǒng)的支持。

• 持續(xù)的性能優(yōu)化。

• 優(yōu)化工作流。

[注]

1.同屏渲染 6 億面指當前畫面中，所有模型共有 6 億數(shù)量級的三角面。在經過虛擬幾何體的減面后，實際繪制的三角面會小于此值。

2.由于關閉 VG 后，示例場景過重導致無法正常在移動設備上運行。這里展示的數(shù)據(jù)是在 PC 上的數(shù)據(jù)。對于 Draw Call 數(shù)目和顯存占用而言，PC 上與在移動端上結果相近。

3.場景中還存在非 VG 的 Draw Call 是因為場景中存在少量不支持 VG 的材質。

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