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規模在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，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模型的能力帶來的巨大提升。

Draw Call 數目與顯存占用對比

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模型數據占據顯存

[注2]

關閉 VG 時，渲染參數

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

除了整體的 Draw Call 數目，對于一些部分的 Draw Call 也有特殊的優化。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 1 小時的功耗測試。最終功耗大約穩定在 3W 左右，設備溫度穩定在 41℃ 左右。在一小時的持續時間內，幀率基本保持完全穩定。

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

移動端虛擬幾何體優化

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據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。為了優化數據大小，我們推出了針對模型數據的層級剔除。用戶可手動調整模型留存的層級比例，平衡數據大小與模型精度。對于高精度模型，可以優化超過90%的數據占用大小。

最大程度留存以及低程度留存層級比例時，渲染表現對比以及數據大小對比

3.為了平衡畫面表現與性能，我們推出了 Rendering Detail Bias 的選項。用戶可手動調節此值，使畫面傾向于選擇更加精細或粗糙的渲染層級。調節此值最多可使場景降低約75%的渲染面數，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，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 Quality 的設置申請后，不會擴充大小，如果出現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 功能將持續強化，致力于為開發者提供更好、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。

• 對開源鴻蒙系統的支持。

• 持續的性能優化。

• 優化工作流。

[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。這里展示的數據是在 PC 上的數據。對于 Draw Call 數目和顯存占用而言，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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