Unity之图形渲染优化、渲染管线优化、图形性能优化
主要内容也可参考：Optimizing Graphics Performance
最简单的优化建议
- 顶点数控制：PC平台保持场景中显示的顶点数少于200K - 3M，移动设备则少于10万，具体数值取决于目标GPU与CPU的性能。
- Shader选择：若使用Unity自带的Shader，在表现效果不差的情况下，优先选择Mobile或Unlit目录下的Shader，它们的效率更高。
- 材质共用：尽可能让多个物体共用材质，以减少资源开销。
- 静态物体设置：将不需要移动的物体设为Static，这样引擎可以对其进行批处理，提高渲染效率。
- 灯光使用：尽可能减少灯光的使用，尤其是动态灯光，因为灯光计算会增加CPU和GPU的负担。
- 贴图格式：尝试使用压缩贴图格式，或者用16位代替32位，以降低内存占用和提高加载速度。
- 雾效使用：如果不需要雾效（fog），则不要启用，避免不必要的计算。
- 遮挡剔除：尝试使用Occlusion Culling，在房间过道多、遮挡物体多的场景中非常有用，但使用不当反而会增加计算负担。
- 天空盒应用：使用天空盒来“褪去”远处的物体，减少不必要的渲染。
- Shader优化：
- 在Shader中使用贴图混合的方式代替多重通道计算，减少计算量。
- 注意float/half/fixed的使用，选择合适的浮点类型以提高计算效率。
- 避免在Shader中使用复杂的计算，如pow、sin、cos、tan、log等。
- 尽量减少Fragment的使用。
- 动画脚本检查：注意是否有多余的动画脚本，模型自动导入到Unity会附带动画脚本，大量的动画脚本会严重影响CPU计算。
- 碰撞检测优化：注意碰撞体的碰撞层，舍去不必要的碰撞检测，减少CPU计算。
1. 为什么需要针对CPU（中央处理器）与GPU（图形处理器）优化？
CPU和GPU都存在各自的计算和传输瓶颈，不同的CPU或GPU性能差异较大。因此，游戏需要针对目标用户的CPU与GPU能力进行开发，以确保在不同硬件配置上都能有良好的表现。
2. CPU与GPU的限制
GPU限制
GPU一般存在填充率（Fillrate）和内存带宽（Memory Bandwidth）的限制。如果游戏在低质量表现下运行速度明显加快，很可能需要限制GPU的填充率。
CPU限制
CPU通常受需要渲染物体的个数限制，CPU向GPU发送渲染物体命令的操作称为Draw Calls。一般来说，Draw Calls数量需要控制，在能保证表现效果的前提下，数量越少越好。通常，电脑平台上Draw Calls控制在几千个之内，移动平台上控制在几百个之内，但这并非绝对，仅作参考。
需要注意的是，渲染（Rendering）本身可能并非问题所在，很可能是脚本代码效率低下导致的性能问题，可以使用Profiler进行查看。关于Profiler的介绍可参考：Profiler 。另外，在GPU中显示的RenderTexture.SetActive()占用率很高，这是因为同时打开了编辑窗口，并非Unity的BUG。
3. 关于顶点数量和顶点计算
顶点数量限制
CPU和GPU对顶点的计算处理量都较大。GPU中渲染的顶点数取决于GPU性能和Shader的复杂程度，一般来说，每帧之内，PC上几百万顶点内，移动平台上不超过10万顶点。
顶点计算类型
CPU中的计算主要集中在蒙皮骨骼计算、布料模拟、顶点动画、粒子模拟等方面。GPU则负责各种顶点变换、光照、贴图混合等计算。
【具体顶点数量和Draw Calls数值应根据项目需求而定。假设项目是3D游戏，需要兼容低配置硬件、保证流畅运行并控制硬件发热，同时达到一定效果（如LIGHTMAP + 雾效），那么顶点数不宜过高。此时，同屏2万顶点是比较合适的数目，Draw Call最好低于70。此外，控制发热需要控制最高帧率，实际上，要保证流畅，帧率不需要太高。】
4. 针对CPU的优化——减少DRAW CALL 的数量
为了将物体渲染到显示器上，CPU需要完成一系列工作，如区分需要渲染的物体、判断物体是否受光照影响、选择合适的Shader并传递参数、向显示驱动发送绘图命令以及发送删除命令等。
假设用上千个三角形模型代替一个上千三角面的模型，在GPU上的开销相近，但在CPU上的消耗会大幅增加。为了减少CPU的工作量，需要减少可见物的数目，具体方法如下：
模型合并
可以手动在模型编辑器中合并相近的模型，或者使用Unity的Draw call批处理（Draw call batching）达到相同效果。具体方法和注意事项可查看：[Draw call batching](http://docs.unity3d.com/Document ... awCallBatching.html)
材质处理
在项目中尽量使用更少的材质，例如将几个分开的贴图合成一个较大的图集。如果需要通过脚本控制单个材质属性，要注意改变Renderer.material会造成一份材质的拷贝，应使用Renderer.sharedMaterial来保证材质的共享状态。有一个合并模型材质的不错插件叫Mesh Baker，可以考虑尝试。
渲染步骤简化
尽量减少一些渲染步骤，如reflections、shadows、per - pixel light等。
材质共享
Draw call batching合并物体时，每个合并后的物体至少应有几百个三角面。如果合并的两个物体不共享材质，不会有性能提升，多材质的物体相当于两个物体使用不同的贴图。因此，为了提升CPU性能，应确保这些物体使用同样的贴图。另外，使用灯光会取消（break）引擎的DRAW CALL BATCH，具体原因可查看：Forward Rendering Path Details
剔除操作
使用相关剔除技术直接减少Draw Call数量，后文会有相关介绍。
5. 优化几何模型
优化几何模型有两个基本准则：
三角面控制
避免有不必要的三角面，减少模型的复杂度。
UV贴图优化
UV贴图中的接缝和硬边越少越好，以提高纹理映射的质量。
需要注意的是，图形硬件需要处理的顶点数与硬件报告的并不相同。模型处理应用通常展示的是几何顶点数量，而在显卡中，一些几何顶点会被分离（split）成两个或更多逻辑顶点用于渲染。如果存在法线、UV坐标、顶点色等信息，这个顶点必然会被分离，因此游戏中实际处理的顶点数量会多很多。
6. 关于光照
若不使用光，渲染速度肯定最快。对于移动端优化，可以采用光照贴图（Lightmapping）来烘培一个静态的贴图，以代替每次的光照计算。在Unity中，生成光照贴图所需时间非常短。这种方法能大大提高效率，并且有更好的表现效果（如平滑过渡处理和附加阴影等）。
在移动设备和低端电脑上，尽量避免在场景中使用真光，而采用光照贴图。这样可以大大节省CPU和GPU的计算量，使CPU的Draw Call减少，GPU需要处理的顶点和像素栅格化工作也相应减少。关于Lightmapping的介绍可参考：Lightmapping
7. 对GPU的优化——图片压缩和多重纹理格式
图片压缩（Compressed Textures）
图片压缩可以降低图片大小，实现更快的加载速度和更小的内存占用。压缩贴图比起未压缩的32位RGBA贴图，占用的内存带宽要少得多。相关介绍可查看：Compressed Textures
曾在Unity会议上听说，贴图尽量使用统一大小的格式（如512 512 ， 1024 1024），这样在内存中能更好地排序，减少内存空隙，但该说法尚未经过测试。
多重纹理格式（MIPMAPS）
多重纹理格式的原理与网页上的缩略图类似。在3D游戏中，为游戏的贴图生成多重纹理贴图，远处显示较小的物体使用小的贴图，显示较大的物体使用精细的贴图。这样可以更有效地减少传输给GPU的数据量。相关介绍可参考：MIPMAPS
8. LOD 、 Per - Layer Cull Distances 、 Occlusion Culling
LOD (Level Of Detail)
LOD是常用的3D游戏技术，其功能类似于多重纹理贴图。根据屏幕中模型显示大小的比例，选择使用高或低层次的模型，以减少传输给GPU的数据量和GPU所需的顶点计算量。相关介绍可参考：Level Of Detail
摄像机分层距离剔除（Per - Layer Cull Distances）
为小物体标识层次，然后根据其与主摄像机的距离判断是否需要显示。相关介绍可参考：Per - Layer Cull Distances
遮挡剔除（Occlusion Culling）
当某个物体在摄像机前被另一个物体完全挡住时，不将其发送给GPU渲染，从而直接降低Draw Call。但在某些情况下，在CPU中计算物体是否被挡住会消耗大量计算资源，反而得不偿失。相关介绍可参考：Occlusion Culling
9. 关于Realtime Shadows（实时阴影）
实时阴影技术效果出色，但会消耗大量计算资源，给GPU和CPU都带来较大负担。详细信息可参考：Realtime Shadows
10. 对GPU优化：采用高效的shader
内置Shader选择
有些内置（built - in）Shader有mobile版本，这些版本能大大提高顶点处理性能，但也存在一些限制。
复杂操作符使用
自己编写Shader时，要注意复杂操作符的计算，如pow、exp、log、cos、sin、tan等，这些计算非常耗时，每个像素点的计算中最多使用一次。不建议自己编写normalize、dot、inversesqart操作符，内置的操作符效率更高。
Alpha测试优化
需要注意的是，alpha test非常耗时，应尽量避免使用。
浮点类型选择
浮点类型运算中，精度越低的浮点计算速度越快。在CG/HLSL中：
- float：32位浮点格式，适合顶点变换运算，但速度较慢。
- half：16位浮点格式，适合贴图和UV坐标计算，计算速度是highp类型的两倍。
- fixed：10位浮点格式，适合颜色、光照等计算，计算速度是highp格式的四倍。
关于Shader优化的小提示可参考：Shader Performance
11. 另外的相关优化
Draw Call Batching优化
渲染统计窗口说明
关于Rendering Statistics Window的说明和提示可参考：Rendering Statistics
角色模型优化
角色模型优化建议如下：
- 采用单个蒙皮渲染。
- 尽量少用材质。
- 少用骨骼节点。
- 移动设备上角色多边形保持在300 - 1500内（具体根据需求而定）。
- PC平台上角色多边形保持在1500 - 4000内（具体根据需求而定）。
相关介绍可参考：Modeling Optimized Characters