Unity 性能优化 之 实战场景简化（LOD策略 | 遮挡剔除 | 光影剔除 | 渲染流程的精简与优化 | Terrain地形优化 | 主光源级联阴影优化）

场景总览

通过编辑器下的线框模式，可以大致观察到场景三角形与顶点分布情况；

• SRP渲染管线下，开启Rendering Debugger界面中的OverDraw项，可以观察到场景的OverDraw情况；
• SRP渲染管线下，将Rendering Debugger界面中的Map Overlays项设置为Main Light Shadow Map，可以检查当前级联阴影可视视距，该视距设置不当将导致Shadow Caster数量过大；
• SRP渲染管线下，将Rendering Debugger界面中Lighting Debug Mode项设置为Shadow Cascades项，并将Scene视角拉高，同样可以观察到级联阴影的级别范围。

远景、中景、近景定义

• 远景（Background）： 远景是游戏场景中最远的元素，通常用来增加场景的氛围和深度感。远景通常包括天空、远处的山脉、建筑物等，它们通常不可交互，并且在游戏中很少发生变化。

• 中景（Middle Ground）： 中景是游戏场景中介于远景和近景之间的元素。中景通常包括一些比较大的物体或者景观，如建筑、树木、岩石等。这些元素通常可以与玩家进行交互，例如可以作为掩体、跳跃点或者是游戏目标。

• 近景（Foreground）： 近景是游戏场景中最接近玩家的元素，通常位于玩家角色前方。近景通常包括一些较小的物体，如草丛、石头、障碍物等，它们可以通过与玩家交互来增加游戏的挑战性或者提供障碍。

其中中景和近景可能会随着玩家漫游的过程而发生相互转换。

远景简化

对于玩家无法到达的远景，相比于使用真实模型，使用天空盒能够带来较大的性能优化。

天空盒中需要使用到已配置Cube类型Texture的Cubemap材质球，这里提供两个将真实模型转为Cubemap材质球的两种方式：

1. 在场景中Disable远景之外的所有模型；在场景中添加Reflection Probe，同时将其Type设置为Baked；将Reflection Probe的Static项设置为Reflection Probe Static；在Windows-Rendering-Lighting界面中关闭LightMappingSettings的Auto Generate项；在Reflection Probe的Cubemap Capture Settings中设置符合需求的Clipping Planes，并适当提高Resolution和配置HDR项；在Reflection Probe点击Bake即可烘焙出Cube类型的Texture；创建材质球，将Shader类型选为Skybox/CubeMap，并将烘焙的贴图挂载于此。

2. 与上述方式的区别主要在于Cube类型Texture的生成。该方式通过Camera.RenderToCubemap将使用摄像机的位置、清除标记和裁剪面距离渲染到CubeTexture上，从而在编辑器中“烘焙”场景的静态CubeTexture或将实时反光渲染到CubeRenderTexture上。需要注意的是，某些图形硬件不支持该功能，一般情况下更推荐使用上述ReflectionProbes的方法。

模型简化插件

Unity Mesh Simplifier，通过该插件可以在编译器中自动生成指定分级的简化模型，并自动配置LOD Group，同时该工具配置Api以进行批量处理。

Amplify Imposters，对模型基于的不同使用类型进行Imporster的生成。

LOD策略

一般来说，LOD分级最好不要超过5级。其中0级使用原始模型，1级使用轻度简化模型，2级为重度简化模型，3级为Imposter，4级为剔除。

• 对于近景、中景、远景均会出现的对象：
  将其LOD分为4级，0级对应近景使用，1级对应中景使用，2级对应远景使用，3级则为剔除；
• 对于近景、中景会出现的对象：
  将其LOD分为3级，0级对应近景使用，1级对应中景使用，2级则为剔除；
• 对于只在近景中会出现的对象：
  将其LOD分为2级，0级对应近景使用，1级则为剔除。

即使是用明确的分级策略，当放置环境不同、物体尺寸不同、物品功能性不同时，各级距离阈值也会有所不同。故需要根据项目实际情况进行LOD配置调整。

对于对象的低LOD级别模型，可以考虑关闭Cast Shadows等配置，以在远景等环境下关闭不必要的视觉效果。

在项目ProjectSettings-Quality中，可以对不同运行平台配置Lod Bias和Maximum LOD Level，从而实现不同平台对LOD分级策略的差异。

遮挡剔除

Unity存在Occulusion Culling和Portal Culling两种遮挡剔除方法，本质均为在场景中预烘焙Occulusion数据，在Runtime中根据Camere视锥进行Culling。

• Occulusion Culling：
  • 适配于可以遮挡、被遮挡的静态对象。
  • 在Window-Rendering-OcculusionCulling界面中，进行对象Static标签中的标记(Occluder\Occludee)、场景遮挡信息的烘焙，同时启动相机上的Occulusion Culling项。
• Portal Culling：
  • 配置于对于门、窗等可开闭的门户类遮挡物。
  • 无需标记为Static，而是在对象上挂载Occusion Portal组件，并重新进行场景遮挡信息的烘焙。在Runtime中，通过代码逻辑，维护occulusion.open属性，以实现被遮挡对象的实时Culling。

光影剔除

• 适当配置MeshRenderer的Cast Shadows和Receive Shadows项。例如对于Terrain，其产生的Shadow不可能被Camera观察到，则其不应该Cast Shadows。

• 可以通过配置灯光Light组件上的CullingMask项，将光源的影响范围限制在指定Layer的对象上。

• 在SRP管线下，可以使用Light Layer功能。CullingMask用于判定的Layer为Gameobject的Layer，而Light Layer使用的是一套单独的Layer，相对更灵活。需要注意是，自URP14起，该功能重新设计为Rendering Layer功能，其配置过程详见：Unity 官方说明文档。

• 如果场景内存在实时灯光，则可以考虑通过代码逻辑维护实时灯光的开启、阴影状态。例如当玩家距离非常远时，此时灯光不应产生影子；例如当玩家在室内时，室内封闭空间的灯光可以直接关闭。

• 在Render Pipeline Asset中，存在若干灯光渲染配置，可以尝试在尽量不破坏视觉效果的前提，调整相关参数。

  • 其中，Per Object Limit项定义了在渲染场景时，每个对象允许接收的光源数量的上限；Shadow Atlas Resolution项定义了渲染阴影时所使用的阴影图集的分辨率；Shadow Resolution Tiers项定义了在渲染阴影时根据距离所使用的不同级别的阴影分辨率；Cascade Count项定义了在渲染阴影时所使用的级联数量。
  • 例如，对于室外非主光源，可以将Per Object Limit项由默认的8调为4；
  • 例如，对于室内非主光源，可以将Shadow Atlas Resolution由默认的4096调为2048，可以将Shadow Resolution Tiers项由1024/2048/4096调为256/512/1048；
  • 例如，对于非主光源，可以将Cascade Count项由默认的4调为2，其中Split1和Last Border分别为37.5m/67.5m；
  • 这些参数数值调整，在性能优化/效果受损方面的平衡非常主观，务必根据实际项目进行评估。

渲染流程的精简与优化

• Naitive Render Pass
  NaitiveRenderPass相对于传统RenderPass，由于其能够调度到现代图形Api设计出的更灵活的渲染管辖上下文切换渲染目标的方法，故可以在一遍渲染流程的开始与结束时指定贯穿始终的RenderTarget，这样可以在RenderSurface上做显示的Load和Store操作。同时单个NaitiveRenderPass允许运行多个子过程SubPass，这些SubPass可以在像素着色时可以读取到当前帧Pass中的像素信息。所以一些原先在传统RenderPass中需要多Pass才能完成操作，在NativeRenderPass中只需要一遍Pass就能完成，同时在基于Tile-Based Rendering渲染过程的平台上能够有更好的性能表现。

• 该功能需要依赖图形Api接口，目前Vulken、Metal都有支持，但OpenGL、OpenGL ES无法支持。

• 自定义Shader需要遵守Unity定义的上下文规则与限制，若不符合对应规范，则会造成相关渲染错误。Amplify Shader Editor生成的Shader无法支持NativeRenderPass。

• 在延迟渲染管线中，如果目标平台的图形Api支持，则建议开启该选项。如此，可以将DeferrredPass在传统RenderPass模式下所需的两遍Pass，优化为NativeRenderPass模式下的一遍Pass。
  配置方式为，在Universal Renderer Data中启用“Native RendererPas”选项。
  详见官方文档

• 渲染流程优化
  检查各渲染步骤中，是否存在并非功能需求的Pass，进行对应优化。

Terrain地形优化

Terrin To Mesh

• Unity引擎中Terrain工具在移动端性能负担较大，尤其是TerrainShader，因此推荐对于地形需求使用基于网格的烘焙/预制体方案，而对于现有Terrain组件建议编写脚本或者使用插件进行Terrain转Mesh的操作。
• 插件推荐使用Terrain To Mesh 2021。该工具支持将现有地形组件转为Mesh，同时进行地形分块，并支持生成简化的地形碰撞体，且TerrainShader支持纹理数组的传递。不过该工具使用的Splatmap Shader不支持SRP Batcher，这是由于其Shader内部材质属性并没有定义到ConstBuffer中。该插件相关配置参考如下：
  • Mesh中：使用Resolution模式；使地形大小设置Count，不应过大、也不宜过小，以便进行遮挡等剔除操作；勾选Generate Collider，并将Resolution设置为0.5；
  • Material中：使用Splatmap模式，并开启Texture 2D Array；Texture Resolution选用Default/512/512，Texture Format根据目标平台进行配置；
  • Objects中：可以选择性开启，如果可以的话，尽量不要选对植被等Objects进行处理，而是通过对各植被单独做Mesh配置实现，并通过SRP Batcher或GPU Instancing方案进行优化；
  • Save中：勾选Prefab Flags的Static，并选取Occluder Static/Occludee Static/Batching Static/Refelction Probe Static；可以选择性得勾选Tag，并作对应配置，以方便代码逻辑与地形交互。

由于插件中的Splatmap Shader不支持SRP Batcher，可以修改其绘制顺序，如滞后到Opaque的最末绘制。这样可以不打断其他支持SRP Batcher对象的绘制。

主光源级联阴影优化

主光源阴影LOD
虽然可以将主光源级联阴影层级数Cascade Count设置为只有2级，但是如果场景里受主光源影响的物体较多，且均需要为动态阴影时，性能负担依然较大。

因此采用LOD的思路，基于级联阴影层级的配置，对不同距离的阴影采用不同的阴影刷新频率。

在URP源码中，主光源级投影通过MainLightShadowCasterPass.cs脚本实现，可以复制该源码、重命名、并做对应实现，示例如下：

• 重命名为MainLightShadowCasterCachePass.cs，同时修改UniversalRenderer.cs脚本中对原有MainLightShadowCasterPass对象的类型与命名，例如将对象重命名为m_MainLightShadowCasterCachePass；
• 移除OnCameraCleanup方法中对m_MainLightShadowmapTexture的释放逻辑；
• 增加Cleanup方法，实现对m_MainLightShadowmapTexture的释放逻辑，并在UniversalRenderer的Dipose方法中调用m_MainLightShadowCasterCachePass.Cleanup方法；
• 修改Setup方法中对m_MainLightShadowmapTexture的创建逻辑，只有该Texture为空、或Texture大小发生改变时，才重新创建；
• 在Setup方法中移除对Clear方法的调用；
• 增加并维护一个m_FirsetFrame布尔变量，在以记录当前是否是第一帧；
• 增加m_InterleavePattern整型数组，维护了帧序列绘制时对于不同层级阴影的绘制情况；
• 增加一个m_InterballeaveIndex整型变量，记录当前绘制到第几帧，以便取模后结合上述数组中获得该帧需要绘制的阴影层级；
• 移除Configure方法中的ConfigureClear逻辑；
• 在RenderMainLightCascadeShadowmap方法中的基于m_ShadowCasterCascadesCount的循环里，增加一个根据【当前阴影层级cascadeIndex】、【当前帧序列m_InterballeaveIndex】、【不同层级阴影绘制情况m_InterleavePattern】的判定逻辑，只有满足条件时，才会进行对应实现；
• 在Setup方法中同样存在一个m_ShadowCasterCascadesCount的循环，需要做上述判定处理；
• 将上述循环中ShadowUtils.RenderShadowSlice的调用改为自行复制实现RenderShadowSlice方法；
• 如果目标运行平台为metal图形Api架构，则需要将useNativeRenderPass变量设为false。
  Demo工程：https://github.com/wenhaoGit/MainLightShadowOptimization.git

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本文整理自：Metaverse大衍神君《Unity性能优化》