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Render- Animation Instancing

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894 0 0 2019-04-16 举报

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我们经常会通过使用GPU Instancing 来对一些户外的场景（如花草、树木）进行批量优化处理。但是对于游戏中的角色（绑有 SkinnedMeshRenderer 组件的对象），我们无法通过GPU Instancing 来优化，原因是大量的 skinning（蒙皮）计算发生在 CPU 中，然后相关顶点数据流逐个地被提交到 GPU 再进行渲染计算。一般情况下，CPU是无法一口气把所有的角色数据提交到渲染管线。当一个场景中有大量挂有SkinnedMeshRenderer的对象时，将会产生大量的Draw Call（简称DC）和动画的计算。

原文的作者提供了一种方法来减少CPU环节的开销，这种技术称之为 “ Instancing”，通过对GPU Instancing的特性进行扩充。但是，这个解决方案还处于试验阶段。如果使用中有问题，欢迎猛戳这里。

目前来说，Animation Instancing 支持的特性包括：Root Motion, Attachment, Animation Events，暂不支持：Transitions（动画过渡），Animation Layer（动画层级）。此外，目前移动平台只支持 OpenGL ES3.0及更新的版本。

Animation Instancing 工程源码

接下来，我们来看一下如何使用？

Animation Generation

在我们对角色进行 Instancing 之前，我们需要将角色的动画信息制作成纹理，这种纹理我们叫做Animation Texture（动画纹理）,是GPU用来进行蒙皮所使用的纹理。

Animation Instancing 的 Generator窗口工具

这个生成器还支持从指定的GameObject对象所挂载的动画组件上收集动画数据以及动画事件。

当我们完成生成动画纹理后，Animation Instancing脚本会在运行时加载动画纹理。需要注意的是，这里的动画数据并不是animation clip动画片段。

Instancing

Animation Instancing脚本使用起来很方便，只需要将它挂在我们场景中要处理的对象上。其中Bone Per Vertex 这个参数用来控制每一个顶点缓存对应需要计算的骨骼数。这个参数越小，GPU的性能表现就越好，但是渲染出来的精度就越低。

Animation Instancing脚本

接下来，我们需要修改shader来使得它支持我们的Animation Instancing。其实，你只需要把下面两行代码加到你的shader中就可以。它不会影响你的shader工作，只是增加一个用来蒙皮的顶点着色器。

#include “AnimationInstancingBase.cginc” #pragma vertex vert

性能分析

我们可以通过unity提供的动画案例来进行测试，资源下载地址请见“Animation Instancing 工程源码”。

接下来，我们将它放到iphone6设备机上进行测试，并且看一下profiler视图上的对比数据

一开始，我们在场景中放300个角色，而我们的FPS只有15帧。如果需要达到至少30帧的话，我们需要减少我们的角色数量到150。但是使用了Animation Instancing以后，我们在场景中放了900个角色，可以看到，帧数依然稳定在30帧。

未使用Instancing的效果

正如你所看到的，由于CPU的计算量导致了帧数下降。

使用了Animation Instancing的效果

使用了Animation Instancing以后，我们减少了动画部分的计算量（骨骼与蒙皮），这减轻了CPU大部分的开销，这样我们可以使用比原来多5、6倍的角色。

在刚才的测试场景中，周围场景的渲染大概在80个DC左右，每个角色由3个材质，也就意味着渲染一个角色至少要3个DC。

如果不使用Animation Instancing，我们放置250个角色，那么需要花费1100个左右的DC(3*250 角色 + 他们的阴影)。

当使用了Animation Instancing以后，即使放置800个角色，DC只有50个左右。因为，4800多个DC被合批到了48个batch（3*8 角色 + 3*8 阴影）中发送给GPU。基本上每1个batch包含了100个角色的渲染信息。

FrameDebugger信息对比

这种技术稍微提高了GPU的开销，因为我们把蒙皮的处理放到了GPU环节。如果角色有阴影，我们就会在shadow pass中对角色再次进行蒙皮计算。这是一种权衡行为，由于这种情况，因为减少了CPU的开销而提高了帧率，收益大于损耗。

这种技术会占用一些额外的内存来存储 Animation Texture 动画纹理。这种纹理将蒙皮使用的数据以矩阵形式存储。纹理格式我们使用 RGBAHalf。设想一下，如果一个角色有N根骨骼，每个骨骼占4个像素（一个矩阵）；如果我们生成的动画有M关键帧，那么一个动画将花费N*4*M*2 = 8NM字节空间。如果一个角色有50根骨骼，生成的动画占30帧关键帧，一个动画将占用6000个像素（50*4*30），那么一张1024*1024的纹理可以存储174个动画数据。

重要的事情说三编，工程源码：

Unity-Technologies/Animation-Instancing