Unity3D 批处理与Draw Call减少（Batching & Reducing Draw Calls）

前言

在 Unity3D 中，批处理（Batching） 是优化渲染性能的核心手段，主要通过减少 Draw Call 数量 来降低 CPU 与 GPU 之间的通信开销。以下是详细的优化策略与实践方法：

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一、Draw Call 的基本概念

• Draw Call 是 CPU 向 GPU 发起的一次渲染指令，每次调用都会触发 GPU 绘制一个物体。
• Draw Call 过多 会导致 CPU 瓶颈（尤其是移动端），影响帧率。
• 优化目标：通过合并渲染操作，减少 Draw Call 数量。

二、Unity 的批处理机制

Unity 提供两种主要批处理方式：

1. 静态批处理（Static Batching）

• 适用场景：静止不动的物体（如场景中的建筑、地形）。
• 实现方式：
  • 勾选物体 Inspector 面板中的 Static 复选框。
  • Unity 在运行时会自动合并所有静态物体的几何数据为一个大网格。
• 优点：高效，适用于复杂静态场景。
• 缺点：
  • 内存占用增加（合并后的网格数据会存储在内存中）。
  • 不支持动态修改静态物体的位置或顶点数据。

2. 动态批处理（Dynamic Batching）

• 适用场景：小型动态物体（如移动的粒子、小道具）。
• 自动触发条件：
  • 物体顶点数 ≤ 300（具体取决于平台）。
  • 使用相同材质（材质属性和纹理必须完全一致）。
  • 缩放比例一致（非统一缩放会导致批处理失败）。

• 缺点：
  • 限制较多，无法处理复杂模型。
  • 对 CPU 有一定计算开销（逐帧合并顶点数据）。

三、优化 Draw Call 的关键方法

1. 材质与纹理合并

• 问题：不同材质会打断批处理。
• 解决方案：
  • 合并材质：将多个物体共享的材质属性（如纹理、颜色）合并为单一材质。
  • 使用纹理图集（Texture Atlas）：将多个小纹理合并为一张大图，确保多个物体共用同一材质。
    • 2D 项目：使用 Unity 的 Sprite Atlas 工具。
    • 3D 项目：通过工具（如 TexturePacker、Substance Painter）生成纹理图集。

2. GPU Instancing

• 适用场景：大量相同模型的重复渲染（如草地、树木、子弹）。
• 原理：通过一次 Draw Call 渲染多个实例，仅传递变换矩阵等差异数据。
• 实现方式：
  • 在材质的 Inspector 中启用 Enable GPU Instancing。
  • 使用脚本动态生成实例（如 Graphics.DrawMeshInstanced）。

• 限制：
  • 需要相同网格和材质。
  • 部分移动端 GPU 不支持高级 Instancing 功能。

3. SRP Batcher（可编程渲染管线批处理）

• 适用场景：使用 URP（Universal RP）或 HDRP 的项目。
• 原理：通过缓存材质属性，减少 CPU 与 GPU 之间的数据传递。
• 启用条件：
  • 使用兼容的 Shader（如 Lit Shader 或 Unlit Shader）。
  • 材质的 Shader 变体一致（例如相同的关键字和属性）。

• 优势：显著提升动态物体的渲染效率，尤其适合大量不同材质的物体。

4. 手动合批（Manual Batching）

• 适用场景：无法通过自动批处理优化的复杂情况。
• 实现方式：
  • 将多个小模型合并为单一网格（如使用 Blender 或 Unity 的 Mesh.CombineMeshes）。
  • 使用 MaterialPropertyBlock 修改材质属性，避免创建新材质实例。

MaterialPropertyBlock props = new MaterialPropertyBlock();
props.SetColor("_Color", Color.red);
GetComponent().SetPropertyBlock(props);

四、其他优化技巧

1. 减少透明物体：透明物体（如粒子特效）会打断批处理，尽量使用不透明材质。
2. 层级细节（LOD）：为远处物体使用低多边形模型，减少顶点处理开销。
3. 遮挡剔除（Occlusion Culling）：避免渲染不可见物体，间接减少 Draw Call。
4. Shader 优化：简化 Shader 复杂度，避免分支和复杂计算。

五、调试工具

1. Frame Debugger：逐帧分析 Draw Call 的合并情况，定位未批处理的物体。

• 路径：Window > Analysis > Frame Debugger

1. Profiler：监控 CPU 和 GPU 的渲染耗时。

• 路径：Window > Analysis > Profiler

六、示例：动态批处理失败的原因

• ❌ 物体使用不同材质实例。
• ❌ 模型顶点数超过 300。
• ❌ 物体启用了光照贴图但 UV 设置不一致。
• ❌ 非统一缩放（如物体的 X/Y/Z 缩放比例不同）。

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通过合理使用批处理技术，结合材质合并与 GPU Instancing，可以显著降低 Draw Call 数量，提升项目性能（尤其在移动端）。建议根据项目需求灵活选择优化策略，并通过调试工具验证效果。

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