Unity的渲染优化系列（一）

unityloverz · 发表于 2023-3-2 12:59

鸽了比较久没更新，最近打算重拾这个习惯，继续边写边总结；打算开一个渲染优化系列，后续不定时更新；AssetBundle系列也会同步更新~先立个flag
最近看了一篇Unity Learn官方的性能优化博客，总体而言讲得比较详细，在此纪录并且分享一下。（翻译一下hhh)
参考链接：

Fixing Performance Problems - 2019.3 - Unity Learn

概述

这篇文章大概分为三部分:

Unity是如何渲染每一帧的
渲染的时候可能会发生哪些问题
如何修复/优化这些渲染问题

一个亘古不变的定律，任何优化都是权衡利弊的过程，是个复杂的过程，每个case可能都会由不同的原因造成。在某方面得到优化的同时势必带来一些副作用，优化的过程就是如何取舍的问题。
这篇文章会介绍一些常见的导致渲染性能的问题，也会介绍一些常见的解决方案。
渲染简介

首先介绍一下Unity的渲染流程，看看Unity是怎么渲染每一帧的。
简而言之，渲染可以简单粗暴地分为3个部分：

CPU决定哪些物体需要被绘制，要用什么方式绘制
CPU发送一些指令给GPU
GPU执行CPU的指令绘制物体

保证渲染流畅的唯一法则就是让渲染流水线可以流畅运行，即不要有某一个环节占用了太多时间导致整个流水线循环被破坏。
介绍一些CPU和GPU在整个渲染流程中的一些具体细节。
每一帧渲染中，CPU做了以下工作：

CPU会遍历物体以确定哪一些需要被渲染。比如，在相机视场角外的物体不会被渲染。不被渲染的物体就称为被剔除(Culled)，常见的剔除有视场角剔除，遮挡剔除等。
CPU收集将要渲染的对象的信息，并将这些数据整理成为不同的Drawcall. 一次Drawcall包含了单个mesh数据以及如何渲染这个mesh(例如，使用哪张贴图). 当然，一次Drawcall并不一定只渲染单个mesh数据，如果有合批Batching则会有多个物体在一次Drawcall中一起绘制。
CPU为Drawcall创建一个数据包就叫批次(Batch). 一个Batch可能包含多个Pass和DrawCall.(Pass指shader中包含的pass通道，切换Pass意味着需要调用SetPassCall)
CPU可以向GPU发送命令更改一些变量属性，这些变量统称为渲染状态。这个命令就是SetPassCall. 一个SetPassCall告诉GPU为下一个物体绘制需要准备哪些状态，所以只有在下一个物体绘制需要切换状态时才会有一次SetPassCall.
CPU发送DrawCall指令给GPU，告诉GPU用最新的渲染状态去渲染某个mesh(可能不止一个物体的mesh，可能是合批后的mesh).

此处涉及的Drawcall, Batch, SetPassCall等概念较复杂，可以在网上搜索更详细的解答。

GPU做的工作：

GPU会按顺序处理来自CPU的命令
如果是SetPassCall命令，则GPU会更新渲染状态
如果是DrawCall命令，则GPU会开始渲染mesh
GPU一直运行直到处理完所有CPU发过来的命令

渲染问题的类型

要保证渲染每一帧正常进行就需要CPU和GPU在每一帧的时间内都能做完所有的事情，如果某一个环节超时，就会导致整个渲染流程被delay，即渲染一帧超时，就会导致帧率下降。
渲染问题有两个最基本的原因：

不高效的渲染管线。即渲染流水线因为某个环节耗费大量时间无法高效运转，则会导致渲染问题
渲染的数据过量。即时渲染流程是高效的，但如果要渲染的数据太多，就会导致渲染出现瓶颈

所有的渲染问题都可以归结于CPU瓶颈或GPU瓶颈，处理渲染问题的很重要前置处理就是找出问题是出在CPU还是GPU上。

如何找到渲染瓶颈的具体原因

首先要明确渲染瓶颈是由于CPU还是GPU导致的；其次要找到是哪个环节导致的瓶颈。这需要大量的工具辅助。常用的问题分析工具：

Unity自带的Profiler (https://docs.unity3d.com/Manual/ProfilerWindow.html)

Unity Profiler

Unity自带的FrameDebugger (https://docs.unity3d.com/Manual/FrameDebugger.html)

Unity FrameDebugger

苹果自带的GPU Frame Capture神器，确认了是GPU的问题之后可以使用这个神器，有非常详细的数据（https://developer.apple.com/documentation/metal/debugging_tools/enabling_frame_capture），可以列出每个DrawCall的耗时，渲染管线每个流程的耗时。强推！！
此处可以查看B站UP主的一个优化系列教程，很好的一个系列教程: https://www.bilibili.com/video/BV14S4y1w7vw/?spm_id_from=333.999.0.0&vd_source=8ccbd5d7b8a9e948b5b05ccb3fc4b9c5

XCode GPU Capture

RenderDoc 本人比较少用-_-，不过也是一个神器，可以集成到Unity Editor中，也是很推荐的
https://docs.unity3d.com/2020.1/Documentation/Manual/RenderDocIntegration.html
https://renderdoc.org/

RenderDoc

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