Unity GPU Instancing的使用尝试

似乎是在Unity5.4中开始支持GPU Instacing，但如果要比较好的使用推荐用unity5.6版本，因为这几个版本一直在改。

这里测试也是使用unity5.6.2进行测试

在5.6的版本里,Instancing不再是一个单独的shader，而是一个开关。

如果使用Instancing功能需要开启，否则调用相关接口时会报错

默认情况下，多个一样的模型会被动态批次合并优化掉，动态批次合并有很多种情况不可用，其中一种就是镜像的情况。

这里用镜像后的实例模型和GPU Instancing做比较

注意，在Unity5.6.2或者之后的版本中，只要材质球勾选Instancing，即自动开启并使用GPU Instancing。

GPU Instancing大致代码如下(用Graphics一次性调用减少了层级对象的创建开销):

void Update()
{
    var meshRenderer = template.GetComponent<MeshRenderer>();
    var meshFilter = template.GetComponent<MeshFilter>();
    var mesh = meshFilter.sharedMesh;
    var matrices = new Matrix4x4[instanceCount];

    for (int i = 0; i < matrices.Length; i++)
    {
        var position = Random.insideUnitSphere * range;
        var rotation = Quaternion.LookRotation(Random.insideUnitSphere);
        var scale = Vector3.one * Random.Range(-2f, 2f);
        var matrix = Matrix4x4.TRS(position, rotation, scale);

        matrices[i] = matrix;
    }

    Graphics.DrawMeshInstanced(mesh, 0, meshRenderer.sharedMaterial, matrices);
}

是实时随机的位置，会看见只有13个Batches.

常规实例化测试脚本(挂了正弦运动脚本，注意镜像反转，使其无法动态批次合并):

for (int i = 0; i < instanceCount; i++)
{
    var instancedTemplate = Instantiate(template);
    instancedTemplate.transform.position = Random.insideUnitSphere * range;
    instancedTemplate.transform.forward = Random.insideUnitSphere;
    instancedTemplate.transform.localScale = Vector3.one * Random.Range(-2f, 2f);
}

大概在1020个Batches

另外我还打了个APK包测了下，居然能在我的红米3S上跑。这就有点厉害了

那么GPU Instacing其实也有一些限制的，比如不支持蒙皮网格等(不过资源商店有一个Animation Instacing: 链接)

(补充:Unity官方开源了一个Animation Instacing: https://blogs.unity3d.com/cn/2018/04/16/animation-instancing-instancing-for-skinnedmeshrenderer/)

这些支持信息在官网的页面都有罗列 https://docs.unity3d.com/Manual/GPUInstancing.html

硬件需求：

GPU Instancing is available on the following platforms and APIs:

DirectX 11 and DirectX 12 on Windows

OpenGL Core 4.1+/ES3.0+ on Windows, macOS, Linux, iOS and Android

Metal on macOS and iOS

Vulkan on Windows and Android

PlayStation 4 and Xbox One

WebGL (requires WebGL 2.0 API)

模块间的需求(没找到原版的帖子,翻译版摘抄一段):

下列情况不能使用Instancing：

使用Lightmap的物体

受不同Light Probe / Reflection Probe影响的物体

使用包含多个Pass的Shader的物体，只有第一个Pass可以Instancing前向渲染时，受多个光源影响的物体只有Base Pass可以instancing，Add Passes不行

另外，默认的DrawMeshInstanced有1024实例数的限制

需要DrawMeshInstancedIndirect，而这个接口依赖ComputerShader，一些平台不支持。

然后再测一下GPU Instanced Indirect，也就是DrawMeshInstancedIndirect这个接口

似乎是借助ComputerShader实现超过1024数量的Instancing

下图为3万个Cube:

代码和shader我做了点修改，大致如下：

void Update()
{
    // Update starting position buffer
    if (cachedInstanceCount != instanceCount) UpdateBuffers();

    for (int i = 0; i < mPositions.Length; i++)
    {
        float angle = Random.Range(0.0f, Mathf.PI * 2.0f);
        float distance = Random.Range(20.0f, 100.0f);
        float height = Random.Range(-2.0f, 2.0f);
        float size = Random.Range(0.05f, 0.25f);
        mPositions[i] = new Vector4(Mathf.Sin(angle) * distance, height, Mathf.Cos(angle) * distance, size);
    }

    positionBuffer.SetData(mPositions);
    instanceMaterial.SetBuffer("positionBuffer", positionBuffer);

    // Render
    Graphics.DrawMeshInstancedIndirect(
        instanceMesh,
        0,
        instanceMaterial,
        new Bounds(Vector3.zero, new Vector3(100.0f, 100.0f, 100.0f)),
        argsBuffer);
}

shader需要额外定制，这点比较蛋疼。如果换成standard读不到positionBuffer这种结构。

DrawMeshInstancedIndirect的具体使用案例，可以参考这两个链接:

https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Graphics.DrawMeshInstancedIndirect.html

https://github.com/tiiago11/Unity-InstancedIndirectExamples

补充测试工程地址: https://gitee.com/Hont/GPUInstancingTest

(unity2017.4)

扩展阅读：

Geometry instancing

https://en.wikipedia.org/wiki/Geometry_instancing

Unity中的批处理优化与GPU Instancing

http://forum.china.unity3d.com/thread-22714-1-3.html