这一步主要是为了针对性能瓶颈中的”顶点处理“一项。这里的几何体就是指组成场景中对象的网格结构。

 

3D游戏制作都由模型制作开始。而在建模时，有一条我们需要记住：尽可能减少模型中三角形的数目，一些对于模型没有影响、或是肉眼非常难察觉到区别的顶点都要尽可能去掉。例如在下面左图中，正方体内部很多顶点都是不需要的，而把这个模型导入到Unity里就会是右面的情景：

 

 

在Game视图下，我们可以查看场景中的三角形数目和顶点数目：

 

可以看到一个简单的正方形就产生了这么多顶点，这是我们不希望看到的。

 

同时，尽可能重用顶点。在很多三维建模软件中，都有相应的优化选项，可以自动优化网格结构。最后优化后，一个正方体可能只剩下8个顶点：

 

 

它对应的顶点数和三角形数目如下：

 

 

等等！这里，你可能要问了，为什么顶点数是24，而不是8呢？美术朋友们经常会遇到这样的问题，就是建模软件里显示的模型顶点数和Unity中的不一样，通常Unity会多很多。谁才是对的呢？其实，它们是站在不同的角度上计算的，都有各自的道理，但我们真正应该关心的是Unity里的数目。

 

我们这里简单解释一下。三维软件里更多地是站在我们人类的角度理解顶点的，即我们看见的一个点就是一个。而Unity是站在GPU的角度上，去计算顶点数目的。而在GPU看来，看起来是一个的很有可能它要分开处理，从而就产生了额外的顶点。这种将顶点一分为多的原因，主要有两个：一个是UV splits，一个是Smoothing splits。而它们的本质其实都是因为对于GPU来说，顶点的每一个属性和顶点之间必须是一对一的关系。UV splits的产生，是因为建模时，一个顶点的UV坐标有多个。例如之前的立方体的例子，由于每个面都有共同的顶点，因此在不同面上，同一个顶点的UV坐标可能发生改变。这对于GPU来说，这是不可理解的，因此它必须把这个顶点拆分成两个具有不同UV坐标的定顶点，它才甘心。而Smoothing splits的产生也是类似的，不同的时，这次一个顶点可能会对应多个法线信息或切线信息。这通常是因为我们要决定一个边是一条Hard Edge还是Smooth Edge。Hard Edge通常是下面这样的效果（注意中间的折痕部分）：

 

 

而如果观察它的顶点法线，就会发现，折痕处每个顶点其实包含了两个不同的法线。因此，对于GPU来说，它同样无法理解这样的事情，因此会把顶点一分为二。而相反，Smooth Edge则是下面的情况：

 

 

对于GPU来说，它本质上只关心有多少个顶点。因此，尽可能减少顶点的数目其实才是我们真正对需要关心的事情。因此，最后一条优化建议就是：移除不必要的Hard Edge以及纹理衔接，即避免Smoothing splits和UV splits。

 

LOD技术有点类似于Mipmap技术，不同的是，LOD是对模型建立了一个模型金字塔，根据摄像机距离对象的远近，选择使用不同精度的模型。它的好处是可以在适当的时候大量减少需要绘制的顶点数目。它的缺点同样是需要占用更多的内存，而且如果没有调整好距离的话，可能会造成模拟的突变。

 

在Unity中，可以通过LOD Group来实现LOD技术：

 

 

 

 

通过上面的LOD Group面板，我们可以选择需要控制的模型以及距离设置。下面展示了油桶从一个完整网格到简化网格，最后完全被剔除的例子：

 

   

使用遮挡剔除（Occlusion culling）技术

 

现在我们来谈像素优化。

 

 

像素优化

控制绘制顺序

 

这方面的优化教程想必是最多的了。最常见的就是通过批处理（Batching）了。从名字上来理解，就是一块处理多个物体的意思。那么什么样的物体可以一起处理呢？答案就是使用同一个材质的物体。这是因此，对于使用同一个材质的物体，它们之间的不同仅仅在于顶点数据的差别，即使用的网格不同而已。我们可以把这些顶点数据合并在一起，再一起发送给GPU，就可以完成一次批处理。

 

Unity中有两种批处理方式：一种是动态批处理，一种是静态批处理。对于动态批处理来说，好消息是一切处理都是自动的，不需要我们自己做任何操作，而且物体是可以移动的，但坏消息是，限制很多，可能一不小心我们就会破坏了这种机制，导致Unity无法批处理一些使用了相同材质的物体。对于静态批处理来说，好消息是自由度很高，限制很少，坏消息是可能会占用更多的内存，而且经过静态批处理后的所有物体都不可以再移动了。

 

首先来说动态批处理。Unity进行动态批处理的条件是，物体使用同一个材质并且满足一些特定条件。Unity总是在不知不觉中就为我们做了动态批处理。例如下面的场景：

 

 

 

这个场景共包含了4个物体，其中两个箱子使用了同一个材质。可以看到，它的Draw Calls现在是3，并且显示Save by batching是1，也就是说，Unity靠Batching为我们节省了1个Draw Call。下面，我们来把其中一个箱子的大小随便改动一下，看看会发生什么：

 

 

可以发现，Draw Calls变成了4，Save by batching的数目也变成了0。这是为什么呢？它们明明还是只使用了一个材质啊。原因就是前面提到的那些需要满足的其他条件。动态批处理虽然自动得令人感动，但它对模型的要求很多：

• 顶点属性的最大限制为900，而且未来有可能会变。不要依赖这个数据。
• 一般来说，那么所有对象都必须需要使用同一个缩放尺度（可以是(1, 1, 1)、(1, 2, 3)、(1.5, 1.4, 1.3)等等，但必须都一样）。但如果是非统一缩放（即每个维度的缩放尺度不一样，例如(1, 2, 1)），那么如果所有的物体都使用不同的非统一缩放也是可以批处理的。这个要求很怪异，为什么批处理会和缩放有关呢？这和Unity背后的技术有关系，有兴趣的可以自行谷歌，比如这里。
• 使用lightmap的物体不会批处理。多passes的shader会中断批处理。接受实时阴影的物体也不会批处理。

上述除了最常见的由于缩放导致破坏批处理的情况，还有就是顶点属性的限制。例如，在上面的场景中我们添加之前未优化后的箱子模型：

 

 

可以看到Draw Calls一下子变成了5。这是因为新添加的箱子模型中，包含了474个顶点，而它使用的顶点属性有位置、UV坐标、法线等信息，使用的总和超过了900。

 

 

动态批处理的条件这么多，一不小心它就不干了，因此Unity提供了另一个方法，静态批处理。接着上面的例子，我们保持修改后的缩放，但把四个物体的“Static Flag”勾选上：

 

点击Static后面的三角下拉框，我们会看到其实这一步设置了很多东西，这里我们想要的只是“Batching static”一项。这时我们再看Draw Calls，恩，还是没有变化。但是不要急，我们点击运行，变化出现了：

 

 

Draw Calls又回到了3，并且显示Save by batching是1。这就是得利于静态批处理。而且，如果我们在运行时刻查看模型的网格，会发现它们都变成了一个名为Combined Mesh (roo: scene)的东西。这个网格是Unity合并了所有标识为“Static”的物体的结果，在我们的例子里，就是四个物体：

 

 

你可以要问了，这四个对象明明不是都使用了一个材质，为什么可以合并成一个呢？如果你仔细观察上图的话，会发现里面标明了“4 submeshes”，也就是说，这个合并后的网格其实包含了4个子网格，也就是我们的四个对象。对于合并后后的网格，Unity会判断其中使用同一个材质的子网格，然后对它们进行批处理。

 

但是，我们再细心点可以发现，我们的箱子使用的其实是同一个网格，但合并后却变成了两个。而且，我们观察运行前后Stats窗口中的“VBO total”，它的大小由241.6KB变成了286.2KB，变大了！还记得静态批处理的缺点吗？就是可能会占用更多的内存。文档中是这样写的：

 

“Using static batching will require additional memory for storing the combined geometry. If several objects shared the same geometry before static batching, then a copy of geometry will be created for each object, either in the Editor or at runtime. This might not always be a good idea – sometimes you will have to sacrifice rendering performance by avoiding static batching for some objects to keep a smaller memory footprint. For example, marking trees as static in a dense forest level can have serious memory impact.”

 

 

也就是说，如果在静态批处理前有一些物体共享了相同的网格（例如这里的两个箱子），那么每一个物体都会有一个该网格的复制品，即一个网格会变成多个网格被发送给GPU。在上面的例子看来，就是VBO的大小明显增大了。如果这类使用同一网格的对象很多，那么这就是一个问题了，这种时候我们可能需要避免使用静态批处理，这意味着牺牲一定的渲染性能。例如，如果在一个使用了1000个重复树模型的森林中使用静态批处理，那么结果就会产生1000倍的内存，这会造成严重的内存影响。这种时候，解决方法要么我们可以忍受这种牺牲内存换取性能的方法，要么不要使用静态批处理，而使用动态批处理（前提是大家使用相同的缩放大小，或者大家都使用不同的非统一缩放大小），或者自己编写批处理的方法。当然，我认为最好的还是使用动态批处理来解决。

 

有一些小提示可以使用：

• 尽可能选择静态批处理，但得时刻小心对内存的消耗。
• 如果无法进行静态批处理，而要使用动态批处理的话，那么请小心上面提到的各种注意事项。例如：
  • 尽可能让这样的物体少并且尽可能让这些物体包含少量的顶点属性。
  • 不要使用统一缩放，或者都使用不同的非统一缩放。
• 对于游戏中的小道具，例如可以捡拾的金币等，可以使用动态批处理。
• 对于包含动画的这类物体，我们无法全部使用静态批处理，但其中如果有不动的部分，可以把这部分标识成“Static”。

 

一些讨论：

 

 

 

 

 

 

利用网格的顶点数据

减少纹理大小