Unity中使用GPU Instancing优化SkinnedMesh渲染

发表于2019-01-29
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有这么个需求: 一堆不会动的SkinnedMesh, 通过物理模拟出死亡姿势后, 需要优化性能, 不然才10FPS


首先想到的做法是转成StaticMesh.试了一下直接超出了Unity的顶点Index数量限制,所以放弃,再说转换完后也不方便编辑。

另一个思路就是使用Instanced Skinned Mesh Rendering,找到两个参考:
https://github.com/Unity-Technologies/Animation-Instancing
https://github.com/chengkehan/GPUSkinning

不过这两个实现都是考虑了Animation的,会采样AnimationClip的Transform序列帧写入纹理。直接拿来是没法用的,所以就参考他们的做法自己也实现了个Instancing的优化。

大家做SkinnedMeshInstancing的思路都差不多,所以整个优化的流程就比较容易理清了:
  • 把SkinnedMesh转换成StaticMesh,把每个顶点的蒙皮混合权重和骨骼索引写到顶点的color/uv1/uv2,通常情况下都是4个bone index加上4个blend weight.
  • 每个SkinnedMesh的Pose都是一系列的变换矩阵,去掉一行后做为3个Color写入RGBAHalf纹理
  • Shader中加个INSTANCED_PROP的PoseIndex参数,用于索引PoseMatrix的起始像素(matrix),再根据顶点里的bone index和weight查到4个matrix乘到顶点的位置和法线上。其实跟常见的skin shader的写法差别不大,区域在于bone transforms不是从constant buffer里取出来
  • 为生成的Mesh再生成InstancingShader的Material,拷贝原材质参数过来,并写入我们计算PoseOffset需要的参数(如骨骼数),另外需要勾选Enable Instancing

做完这些,不出错的情况下其实就可以用MeshRenderer把模型画出来了,但实现过程中也遇到一些问题:

每个角色的SkinnedMesh是分成3个Mesh的,每个SkinnedMesh引用的骨骼还不一样。所以直接取SkinnedMesh的bones数据是没法跟其它Mesh共用的。所以需要从根节点开始遍历,生成一张共用的PoseTexture.

使用MeshRenderer来绘制是有问题的,因为顶点在shader中改变了位置,但是Bounds没有变化,导致Culling出问题。所以需要使用CullingGroup自己做可见性检测,然后通过DrawMeshInstanced去绘制。也就是说完全不需要MeshRenderer了,也不需要为每个Mesh创建GameObject

Texture的FilterMode需要改成Point采样,不然相邻像素之间会插值,导致读取的matrix值是错误的。如下图,左边是Point采样,右边是Linear采样,可以看到颜色都被平均掉了:


写入纹理的Transform矩阵应该是root.worldToLocalMatrix * bone.localToWorldMatrix * bone.bindpose.不然肢体Transform会计算错误

之前为了省性能每个顶点只计算了两个骨骼的影响,结果会发现部分蒙皮错误的情况,改成4个骨骼就好了:

最终的优化效果还是挺不错的,从10FPS提升到80FPS左右:

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