【性能优化需要关注的参数——Batches】

一、定义：什么是 Batches？

Batches，中文常译为批处理或绘制调用批次。在 Unity 的 Profiler 中，它指的是引擎在一帧内向图形显卡（GPU）发起的绘制调用（Draw Call）的次数。

可以把它理解为：CPU 命令 GPU “画一个东西” 的指令次数。

• 1 个 Batch = 1 条 Draw Call 指令。
• Batches 数越高，代表 CPU 需要向 GPU 发送指令的次数越多，CPU 的负担就越重，越容易成为性能瓶颈。
• 优化的核心目标就是：尽可能地减少 Batches 的数量。

---

为了更直观地理解其工作原理和优化逻辑，我们可以参考下面的流程图：

如图所示，CPU 在准备渲染时，会判断多个对象是否满足合批条件。如果满足，则会将多个对象打包，通过一次 Draw Call 处理，极大减少了 CPU 与 GPU 之间的通信开销。反之，每个对象都会产生一次 Draw Call，造成大量的性能浪费。

---

二、为什么 Batches 如此重要？（CPU-GPU 协作瓶颈）

要理解批处理为何重要，需要先了解 CPU 和 GPU 是如何协作渲染一个对象的：

1. CPU 准备工作：CPU 需要为 GPU 准备好渲染所需的所有数据。包括：
   • 使用哪个材质（Material）和着色器（Shader）
   • 使用哪个纹理（Texture）
   • 模型的网格（Mesh）数据
   • 物体的位置、旋转、缩放（Transform）信息
2. CPU 发起调用：CPU 准备好所有数据后，向 GPU 发送一条指令：“嘿，GPU，把这些数据画出来！” 这就是一个 Draw Call。
3. GPU 执行渲染：GPU 收到指令和数据后，开始真正进行顶点变换、光栅化、像素着色等复杂的计算工作，将最终像素输出到屏幕上。

关键点在于：CPU 准备数据和发送指令的工作非常耗时！ 如果一帧内有成千上万个 Draw Call，CPU 就会忙得不可开交，导致帧率下降和卡顿。而 GPU 通常非常强大，处理大量像素的速度远快于 CPU 准备指令的速度。

因此，优化的核心思路是：让 CPU 尽可能少地工作（减少 Batches），让 GPU 每次工作能处理尽可能多的东西。

三、Unity如何减少Batches？

Unity为所有渲染对象（模型、UI、粒子等）提供了多种批处理技术，其根本目的都是让一次Draw Call能处理更多对象。

1. 静态批处理 (Static Batching) - 适用于场景静态物件

• 工作原理：对于在编辑器标记为 Static（静态）且使用相同材质的物体（如场景中的建筑、岩石、树木），Unity会在运行前将它们的数据合并成一个大的网格，这样这些物体就可以用一个Draw Call（一个Batch） 渲染出来。
• 优点：极致高效，运行时几乎无开销。
• 缺点：会显著增加内存占用和构建时间（因为要存储和加载合并后的大网格），且物体不能移动、旋转或缩放，否则会破坏合批。

2. 动态批处理 (Dynamic Batching) - 适用于小型动态物件

• 工作原理：在运行时，Unity会自动尝试将小型、使用相同材质的动态网格在当前帧合并，然后用一个Draw Call渲染。
• 限制非常严格（这也是为什么它经常“不工作”的原因）：
  • 网格顶点属性数量必须很少（通常少于900个）。
  • 物体的缩放必须一致（不能一个有缩放，一个没有）。
  • 使用的Shader不能包含多Pass等复杂操作。
  • 使用Lightmap的物体无法动态合批。
• 注意：这是Unity的默认行为，但因其限制极多，对复杂项目效果非常有限，不应作为主要的优化依赖。

3. GPU实例化 (GPU Instancing) - 适用于大量相同物体

• 工作原理：这是为3D模型优化的利器！对于大量完全相同的物体（如草地、树木、子弹、士兵），它可以将模型网格和材质数据一次发送给GPU，然后通过传递不同的位置、颜色等少量属性数据来批量绘制。一次Draw Call可以绘制几十上百个物体。
• 如何使用：
  1. 确保材质球开启了Enable GPU Instancing选项。
  2. 在脚本中使用Graphics.DrawMeshInstanced API或通过Component间接使用。
• 优点：性能极高，是处理大量重复物体的首选方案。

4. SRP Batcher - 适用于使用SRP的高端项目

• 工作原理：这是一种更高端的批处理技术，它不合并网格，而是通过优化Constant Buffer的提交方式来大幅减少Draw Call的准备工作。它需要配合可编程渲染管线（SRP，如URP/HDRP） 使用。
• 核心条件：物体必须使用同一个Shader变种（Shader Variant）。
• 优点：对大量使用相同Shader但网格、材质不同的动态物体有极佳的优化效果，且不增加内存。

---

四、Beyond UI: 模型与环境的批处理实践

对于3D模型/环境艺术家和程序员：

1. 材质合并 (Material Merging)：

   • 核心原则：尽可能让多个模型使用相同的材质和相同的纹理。这是合批的最基本前提。
   • 实践：将多个模型的纹理拼接到一张大图（图集化，Texture Atlasing）上，然后让它们引用这张大图和同一个材质球。

2. 使用LOD（Level of Detail）：

   • 虽然LOD本身不直接减少Batches，但它通过减少远处模型的顶点数，降低了GPU负担，并且因为LOD模型通常也遵循材质共享原则，间接支持了合批。

3. 遮挡剔除 (Occlusion Culling)：

   • 剔除被挡住的物体，使它们根本不被渲染，从而连Draw Call都省去了，是从根源上减少Batches的终极手段。

在Profiler中诊断非UI的Batches问题：

• 你依然会看到 Batch Breaking Reason，其原因与UI类似且更多：
  • Different Material / Different Texture：最常见的原因。解决方案就是合并材质和纹理。
  • Different Shadow Caster：投射阴影的设置不同。
  • Different Lightmaps：使用了不同的光照贴图。
  • Different Reflection Probes：使用了不同的反射探针。
  • Different Motion Vectors：运动矢量不同（例如一个静态，一个动态）。

总结：全局性的Batches优化思维

• Batches是渲染的通用货币：无论渲染什么，UI、模型、粒子，其底层都是通过Draw Call（Batch）来完成的。优化Batches就是优化渲染效率。
• 目标是减少通话次数：让CPU（项目经理）给GPU（画家）下指令时，尽量是“把这些一堆东西按这个方案画出来”，而不是“画这个A；好，再画那个B；好，再画那个C……”。
• 优化链：
  1. 首先，尝试通过设计（减少材质数量、使用图集）满足最基本的合批条件。
  2. 然后，根据场景选择最合适的批处理技术：静态批处理处理静物，GPU Instancing处理重复动态物体，SRP Batcher处理现代项目。
  3. 最后，使用Profiler定位无法合批的原因，并针对性解决。