GPU Skinning 结合 Instanced 高效实现大量单位动画
GPU Skinning 与 Instance
蒙皮动画
计算骨骼信息
蒙皮
GPU Skinning
CPU Skinning 与 GPU Skinning 实现方式
| Skinning 类型 | 优点 |
|---|---|
| CPU Skinning | 各平台相似稳定 |
| ---- | ---- |
| GPU Skinning | 多核并行计算 |
| 访存速度更快 | |
| 浮点运算能力更高 |
Unity GPU Skinning 与 自定义 GPU Skinning 实现方式
目前 Unity 拥有一套 GPU Skinning 的流程，通过勾选 Project Setting 中的 GPU Skinning 选项即可。在 GPU 要支持 Texture Float 格式（ Sample2D_float ）下，通过 Skinning Mesh Renderer 进行 Transform feedback 结合 Geometry Shader 对 Vertex Buffer 重写来实现。
| Skinning 类型 | 优点 |
|---|---|
| Unity GPU Skinning | 需要 OpenGL ES 3.0 |
| CPU 计算骨骼信息 | |
| GPU 蒙皮 | |
| 支持 Unity 原生工具链 | |
| ---- | ---- |
| 自定义 GPU Skinning | 需要 OpenGL ES 2.0 |
| 不需要计算骨骼信息 | |
| GPU 蒙皮 |
自定义 GPU Skinning
总的来说，GPU Skinning 分成两部分：
-
第一部分通过离线采样过程，把对应骨骼信息和动画矩阵烘焙在一张 Texture 上
-
第二部分通过运行蒙皮过程，通过 Shader 实时计算顶点坐标。
(1)离线采样过程
GPU Skinning Sampler
- Animation
- Mesh
- Material
- Texture
其中 GPU Skinning Animation 数据比较复杂，包含骨骼信息和动画矩阵。
仔细观察，之前介绍 Texture 上已经存在骨骼信息和动画矩阵，这里 Animation 包括多余动画矩阵数据，主要是为了实现在 CPU 端获取骨骼点实时位置，用于实现类似特效挂点之类。
(2)运行蒙皮过程
在 GPU 端获取当前动画帧和 Texture 上的动画矩阵来计算顶点坐标。
GPU Instance
使用少量 DrawCall 一次性绘制大量相同 Mesh 且具有不同参数的对象。
DrawMesh 与 DrawMeshInstanced 实现方式
| Instance 接口 | 优点 |
|---|---|
| DrawMesh | 简单 |
| ---- | ---- |
| DrawMeshInstanced | 材质改变时候可以合批 |
| 深度排序时候可以合批 | |
| 一次最多绘制 1023 个 |
MaterialPropertyBlock
MaterialPropertyBlock 相对于修改 Material.SetXXX 性能更优，并通过避免调用 Renderer.material 导致产生新 Material，从而节省内存。
- 针对 [Per-Renderer-Data]
- 性能较好
- 新的 DrawCall
Shader
实现 Instance 通常需要三个步骤：
- 定义数据缓冲区
UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(name)
UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float4, _Property)
UNITY_INSTANCING_BUFFER_END(name)
- 定义 SV_InstanceID
UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v)
- 根据 ID 访问缓冲区数据
UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(name, property)
