【Unity万人同屏插件】使用手册 保姆级教程 GPU动画 Jobs多线程渲染

【万人同屏插件】

基于Dots技术，高性能实现3D、2D Spine渲染、海量单位锁敌/碰撞检测。同时通过自定义BRG渲染器绕过对Entities包的依赖，也就是不用写ECS代码即可拥有Entities Graphics的高性能渲染，使用传统开发方式BRG接管Renderer组件。

可以大幅提升PC或移动平台的游戏帧数，GPU动画同样支持WebGL，对于开发小游戏也有着巨大性能提升。同时，转换为GPU动画后可以大幅减少动画文件大小，可用作包体大小优化。

适用于海量单位游戏项目突破技术门槛，同时也适用于任何需要做性能优化的项目。例如：割草、类吸血鬼、RTS、SLG、弹幕游戏，以及海量树木、植被、建筑渲染等。

Dots正式版发布于Unity2022.3 LTS版，因此强烈建议使用Unity 2022.3.x及以上版本，插件同样支持最新版Unity 6.

功能/性能测试Demo下载

https://pan.baidu.com/s/1ML0DC8s0RkkTAraN9maltw?pwd=bluehttps://pan.baidu.com/s/1ML0DC8s0RkkTAraN9maltw?pwd=blue

网页版在线测试性能：Unity Web Player | rvo_gpuanim_brghttp://efunny.com.cn/gpu_anim

插件获取【万人同屏插件】

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测试环境

系统：Windows 11

Unity：Unity 2022.3.45f1

CPU: i7-13700KF

GPU: RTX 3070 8G

GPU动画插件(支持3D\2D Spine)：

兼容性

纯Shader实现的GPU动画，超高性能。插件支持Unity全平台，兼容WebGL，可用于H5/小游戏开发。支持动画事件、保留骨骼信息(动态获得骨骼节点位置/旋转/缩放)、2D Spine半透物体渲染顺序、动画平滑融合过渡(Pro)、LOD生成(Pro)。

实现原理

由于Animator或Spine动画都是CPU计算，因此存在性能瓶颈、并且蒙皮动画无法合批渲染，DrawCall大幅降低帧数（以性能测试demo为例，1w个Animator仅有8 fps)。

GPU动画是把Animator转换为GPU计算, Shader中播放动画。使用MeshRenderer或BRG渲染，自动合批渲染，大幅降低DrawCall。以性能测试demo为例, 1w个GPU动画117 fps; 而使用BRG渲染GPU动画，帧数高达800 fps

一、3D动画转GPU动画 

1. GPU动画转换工具界面

通过Unity顶部菜单Game Framework->GPU Animation->GPU Animation Converter打开工具界面

 GPU动画转换工具面板：

①拖入需要转换的Animator/Animation预制体；

②动画模式：支持GPU骨骼动画和顶点动画；推荐骨骼动画,功能更强大；

③合并网格：合并Mesh降低DC, 对于Spine动画将进行排序,确保半透物体渲染排序正确；仅支持共用相同材质的网格合并，对于不同材质、多张贴图的物体，可通过三方插件Mesh Baker先合并材质/贴图，再转换GPU动画。

④Animator相关设置，默认值即可。 如是否冻结根骨骼位置/旋转等；

⑤选择GPU动画shader, Spine动画要选择2D shader；也可生成GPU动画后再切换材质shader;

⑥需要烘焙到GPU动画贴图的Animation Clips 工具默认添加Animator中引用的所有Animation Clip；通过列表的索引值切换动画状态；

⑦把需要运行时获取transform值的骨骼节点拖到此处 转换为GPU动画后仍能实时获取到骨骼transform值;  此功能可使转换为GPU动画后骨骼信息不丢失，比如可以实时获取头部、手部位置；

2. GPU动画工具用法

①把Animator或Animation动画角色预制体拖入场景；

②把拖入场景的预制体拖入GPU动画转换工具的Input栏；

③拖动Animation Clips列表元素，组织好自己的动画索引对应的动画（可选）；

④把需要保留骨骼transform信息的节点拖到Record Bones列表；

⑤点击Convert按钮，转换为GPU动画；

3. GPU动画资源

转换后会生成以下GPU动画文件：

①动画贴图。记录着动画数据；

②GPU动画Prefab。将原动画Prefab中的SkinnedMeshRenderer转换为了MeshRenderer，同时拥有动画播放功能和自动合批渲染；

③GPU动画帧事件，用于GPU动画播放时触发动画事件。工具默认会把Animation Clip文件中添加Event事件转换为GPU动画帧事件；

④GPU动画材质，由于是纯shader实现，因此可以不依赖任何脚本，仅修改材质属性切换动画；

⑤GPU动画Mesh，Mesh中寄存了某些信息，以便GPU动画Shader读取使用；

4. 自定义GPU动画Shader 

 插件使用Shader Graph和Amplify Shader Editor封装好了函数节点，只需添加GPU动画节点连接顶点位置、顶点法线即可轻松实现自定义Shader

对于使用BRG渲染需要向Shader传递参数的情况：

由于每个渲染节点在GPU中都有一块连续的内存，以高效访问。对于自定义Shader添加的每个渲染物体实例需要单独设置的shader字段，需要修改BatchRendererComponent代码，参考_ClipId进行扩展参数。

例如：新增一个Vector4类型作为预留参数以供传递数据：

0. 重新计算单个渲染物体占用内存：

由于新增了一个Vector4字段，因此内存新增了4个float大小，需修改BRGUtility.kBytesPerInstance大小：

每个渲染物占GPU内存：两个4x3矩阵 + BaseColor(4个float) + ClipId(4个float) + 新增Vector4字段(4个float):

public static readonly int kBytesPerInstance = kSizeOfPackedMatrix * 2 + kSizeOfFloat4 * 3;

1. 定义Shader Property字段名：

int objectToWorldID = Shader.PropertyToID("unity_ObjectToWorld");
int worldToObjectID = Shader.PropertyToID("unity_WorldToObject");
int colorID = Shader.PropertyToID("_BaseColor");
int clipIdID = Shader.PropertyToID("_ClipId");
int userVec4ID = Shader.PropertyToID("_UserdataVec4");//新增vector4字段

2. 计算新增字段的起始内存：

...
int clipIdIndex = colorIndex + batchInstanceCount;
int userdataVec4Index = clipIdIndex + batchInstanceCount;
var drawBatch = new SrpBatch
{...clipIdIdx = clipIdIndex,userdataVec4Idx = userdataVec4Index
};

3. 重新计算metadata地址：

if (UseConstantBuffer)
{...metadataValues[3] = CreateMetadataValue(clipIdID, (clipIdIndex - offsetInFloat4) * kSizeOfFloat4, true);metadataValues[4] = CreateMetadataValue(userVec4ID, (userdataVec4Index - offsetInFloat4) * kSizeOfFloat4, true);
}
else
{...metadataValues[3] = CreateMetadataValue(clipIdID, clipIdIndex * kSizeOfFloat4, true);metadataValues[4] = CreateMetadataValue(userVec4ID, userdataVec4Index * kSizeOfFloat4, true);
}

4. 新增字段上传GPU：

修改UploadParallelJob代码，Ouput数据追加一行：

Output[srpBatch.userdataVec4Idx + j] = renderer.userdataVec4;

二、2D Spine转GPU动画

实际上，只需要把Spine转换为Animator，就可以通过标题一的步骤把Animator转换为GPU动画

1. Spine转Animator工具

①通过Unity顶部菜单栏 GameFramework->GPU Animation->Spine to Animator打开工具

②把Spine文件拖到工具，点击Bake按钮开始转换

2. Spine转GPU动画

 使用GPU Animation Converter把步骤1 Spine转换出的Animator预制体转换为GPU动画。

 注意：Spine通常是2D半透明物体，因此需要把GPU动画Shader切换为2D的Shader(如：GPUAnimation/2D/GPUBonesAnim2D)

三、GPU Animation LOD工具 [PRO版功能]

1. 自动生成减面LODs

根据LOD 0 Mesh生成LOD 1~4简化Mesh; 

①此工具依赖三方插件MantisLOD，用于自动简化Mesh面数，同时尽量保留Mesh轮廓。安装MantisLOD后，解除代码GPUAnimationLODCreator.cs第一行注释即可使用功能：

#define ENABLE_MANTISLOD //安装MantisLOD插件后解除此行注释
...
#if ENABLE_MANTISLOD
using MantisLOD;
using MantisLODEditor;
#endif

②GameFramework->GPU Animation->GPU Animation LOD打开工具

2. 使用已有LOD Mesh生成（可选）

除了使用工具自动生成减面LOD Mesh, 当然也可以根据已有的Mesh直接生成LODs Mesh

四、武器挂载、动画事件、骨骼获取

1. 武器挂载

①把武器作为GPU动画角色的子节点，修改材质shader为GPUAnimation/GPUAttachBoneLit，并将主角的动画贴图赋值到材质；

②通过修改武器材质的AttachBoneIndex来设置武器绑定到哪个骨骼

说明: 这里AttachBoneIndex对应的就是GPU动画工具界面RecordBones记录的骨骼节点索引

2. 动画事件

 转换GPU动画时会自动生成动画事件文件，如下图：

 默认情况下，工具是从Animation Clip文件读取动画事件，以key, value形式保存。key是触发帧，value是事件名。用户可直接修改此文件增删事件。

①. GPU动画帧事件用法：

使用GPUAnimation脚本，设置好Event Data:

 GPU动画事件实例代码：

using Cysharp.Threading.Tasks;
using GPUAnimation.Runtime;
using UnityEngine;public class GPUAnimEventDemo : MonoBehaviour
{GPUAnimation.Runtime.GPUAnimation m_GPUAnim;private void Start(){m_GPUAnim = GetComponent<GPUAnimation.Runtime.GPUAnimation>();//添加GPU动画事件监听m_GPUAnim.Events.AddListener(OnGPUAnimEventCallback);m_GPUAnim.GPUAnimMaterial.SetVector("_ClipId", new Vector4(4, Time.time, 0, 0));}private void OnDestroy(){m_GPUAnim.Events.RemoveListener(OnGPUAnimEventCallback);}/// <summary>/// GPU动画事件回调/// </summary>/// <param name="clipIndex">动画index</param>/// <param name="frame">触发帧</param>/// <param name="eventName">事件名</param>private void OnGPUAnimEventCallback(int clipIndex, int frame, string eventName){if (eventName == "DamageTrigger") //挥拳动画事件触发时在拳头位置发射小球{var boneData = GPUAnimationUtility.GetAttachBoneTransform(m_GPUAnim.GPUAnimMaterial, 1);//获取右手当前动画帧的位置GameObject ball = GameObject.CreatePrimitive(PrimitiveType.Sphere);ball.transform.localScale = Vector3.one * 0.2f;ball.transform.position = m_GPUAnim.transform.position + boneData.Position;_ = UniTask.Delay(1000).ContinueWith(() =>{Destroy(ball);});}}
}

②. BRG多线程渲染下GPU动画帧事件用法

为了应对海量单位下动画事件触发依然流畅，BRG组件专门提供了jobs多线程实现的事件触发检测函数：

public bool TryTriggerGPUAnimationEvents(out NativeQueue<GPUAnimTriggerInfo> triggerResults)

 代码示例：

 在Update中每帧调用，以批量检测动画事件触发

/// <summary>
/// 查询已经触发的GPU动画事件
/// </summary>
private void GPUAnimTriggerUpdate()
{if (BatchRendererComponent.Instance.TryTriggerGPUAnimationEvents(out var triggerResults)){while (triggerResults.TryDequeue(out var result)){if (m_Players.TryGetValue(result.AgentId, out BRG_Player unit)){//触发某个单位的GPU动画事件unit.OnGPUAnimationEvent(result.ResIndex, result.ClipIndex, result.TriggerAtFrame);}}triggerResults.Dispose();}
}

3. 骨骼获取

用于GPU动画运行时，实时获取某个骨骼节点的Transform信息；例如，角色持枪射击，子弹应从枪口位置创建发射（市面上其它GPU动画插件，转换GPU动画后骨骼信息全部丢失，无法获取枪口位置）。

GPUAnimationUtility类提供了多种获取当前GPU动画帧某个骨骼的transform信息的接口

例如，获取RecordBones记录的索引为1的骨骼transform信息：

GPUAnimationUtility.GetAttachBoneTransform(GPUAnimMaterial, 1);

 BRG多线程渲染接口同样提供了封装好的接口：

BatchRendererComponent.Instance.GetAnimationAttachBone(m_RendererNodeId, boneIndex)

五、动画平滑过渡、融合 [PRO版功能]

直接把GPU动画材质的Shader切换为支持平滑过渡的Shader即可，如：GPUAnimation/GPUBonesAnimMergeLit

ClipId：该参数用于切换动画，对于不支持动画融合的Shader， x是动画index， y是开始播放的时间(Time.time)；

对于支持动画融合的Shader，z是上个动画的index，w是上个动画的播放时间，x是要切换到的动画index，y是动画第一帧开始的时间，也就是不算融合时间（Time.time + 动画过渡消耗时间）

AnimTransDration：动画平滑过渡(融合)速度

GPU动画使用限制

尽管已经实现大量GPU动画功能，但依然比不上高级动画系统的功能，如IK、Avatar Mask是不支持的。

由于GPU动画贴图储存动画信息有限，目前支持记录Transform信息和GameObject的显示隐藏。对于3D动画完全足够。但对于2D Spine动画，有时会记录特殊的关键帧，如修改颜色、修改贴图等，这些GPU动画是不支持的，但仍可以通过显示隐藏实现， 例如，皮肤A切换到皮肤B，可以通过隐藏皮肤A，显示皮肤B以实现换装功能。

BRG多线程渲染(BatchRenderComponent)：

使用Entities Graphics的底层接口BatchRendererGroup，自己组织内存、显存，利用Dots技术栈的高性能，使用Jobs多线程提交渲染数据到GPU，通过合批一次渲染大量单位，从而巨大提升渲染性能。

性能表现 

使用BRG组件渲染1w个GPU动画人物，800 fps：

使用MeshRenderer渲染1w个GPU动画人物，117 fps:

直接Animator（SkinnedMeshRenderer）渲染1w个GPU动画人物, 10 fps:

一、注册要渲染的物体

 首先要把需要用BRG组件渲染的物体，添加到RendererResources列表。

1. Mesh, Material：把GPU动画转换工具生成的GPU动画文件(材质、Mesh)添加到Renderer Resources列表；

2. Capacity：该物体最大渲染数量，为了追求极致性能，BRG将根据最大渲染数量分配一片定长内存，以避免渲染单位数量变化导致重新分配存储拷贝数据造成性能消耗。

3. GPU Anim Event Data: GPU动画事件文件, 若该物体无动画事件可不设置；

4. Lod Distances：x,y,z,w分别为LOD 0 ~ 4各个等级的距离；距离越近显示的模型面数越高。此功能需勾选Enable LOD; 

5. 开启LOD功能：勾选Enable LOD, 然后把GPU Animation LOD工具生成合并后的LODs Mesh作为RendererResource的Mesh即可；

二、BatchRendererComponent接口用法

1. 添加一个物体

m_RendererId = BatchRendererComponent.Instance.AddRenderer(resId, pos, rotation, scale);

 其中，resId就是Renderer Resources列表中注册的渲染物的索引index;

返回值为RendererNodeId，可通过RendererNodeId设置渲染物的属性，如切换GPU动画：

BatchRendererComponent.Instance.SetRendererClipId(m_RendererId, animIndex);

2. 移除一个物体

BatchRendererComponent.Instance.RemoveRenderer(m_RendererId);

RVO多线程避让

1. 添加RVO单位

AddAgent()会返回一个RVOAgent对象，可通过此对象设置各种rvo参数

m_RVO = RVOComponent.Instance.AddAgent(position);

2. 移除RVO单位

RVOComponent.Instance.RemoveAgent(m_RVO);

3. RVO属性功能 

avoidWeight：避让权重，比如高级兵不给小兵让路，小兵需要给高级兵让路，以避免高级兵被小兵挡住的情况。只需设置avoidWeight，取值0-1，值越小越不让路。

searchRadius：寻敌半径

searchCount：寻敌数量，==1，单体攻击；>1, 群体攻击

targetPosition：移动目标点

camp：单位所属阵营，数据类型是位枚举，所以支持单个单位多个阵营（以满足用户特殊需要）

searchTag：标记自己的标签，数据类型是位枚举，支持标记多个标签；此标签配合ignoreSearchTag使用，用于精准控制寻敌过滤目标；例如：敌方阵营有个飞行单位，我方阵营的近战单位虽然属于敌对阵营，但近战单位不可能攻击到高空飞行目标。

ignoreSearchTag：寻敌时忽略掉ignoreSearchTag位枚举中包含的searchTag，用于精准控制筛选寻敌

collisionEnabled：rvo单位之间是否碰撞，为false时rvo之间将会重叠穿模

navigationEnabled：rvo单位是否自动移动，设为false后，即可通过rvo的position来随意设置位置；例如：击飞效果，单位受到攻击后被击飞，就可以通过设置navigationEnabled为false，然后自行设置position实现击飞效果，落地后再设置navigationEnabled为true即可从击飞落地位置重新移动。

4. 障碍物

①添加圆形障碍物：把CircleObstacle脚本挂到障碍物GameObject上即可

②添加举行障碍物：把BoxObstacle脚本挂到障碍物GameObject上即可

③添加边界障碍物：把EdgeObstacle脚本挂到障碍物GameObject上即可，通过面板参数添加边界顶点位置

④扩展自定义障碍物：自定义类继承ShapeObstacleBase，重写方法即可

海量单位多线程寻敌/碰撞检测：

方案是通过Jobs多线程批量查询单位，支持查询最近单位、范围内单位等，通过RVOComponent提供的接口查询

具体使用方法可参考插件提供的demo, EnemiesSearchDemo.cs

1. 查询最近单位

SearchAgentsNearest：查询最近的单位

2. 查询范围内目标

SearchAgentsWithin：查询半径内的目标，返回数量为rvo的searchCount，也支持指定个数

3. 查询范围内多目标（AOE） 

var ids = rvo.SearchAgentsWithin(tempQueryPoints, damageRadius, maxDamageCount);
for (int i = 0; i < ids.Length; i += maxDamageCount)
{int indexOffset = i * maxDamageCount;for (int j = 0; j < maxDamageCount; j++){int agentId = ids[indexOffset + j];if (agentId <= 0) break;if (m_Players.ContainsKey(agentId)){m_Players[agentId].ApplyDamage(100);}}
}

注意事项：

一、BRG跨平台兼容性

BRG兼容性可参考官方文档：Unity - Manual: Getting started with BatchRendererGrouphttps://docs.unity3d.com/2022.3/Documentation/Manual/batch-renderer-group-getting-started.html

渲染管线：目前支持URP、HDRP、自定义SRP

兼容平台：目前不支持WebGL

• Windows using DirectX 11
• Windows using DirectX 12
• Windows using Vulkan
• Universal Windows Platform
• Linux using Vulkan
• macOS using Metal
• iOS
• Android (Vulkan and OpenGL ES 3.x)
• PlayStation 4
• PlayStation 5
• Xbox One
• Xbox Series X and Xbox Series S
• Nintendo Switch
• Google Stadia

二、打包设置

1. URP Rendering Path选择Forward+ (Forward+才能发挥BRG最大性能)

2. BatchRendererGroup Shader变体选择 Keep All

3. 打包后GPU Spine动画渲染顺序异常

BatchRendererComponent在Unity6下开启渲染排序(Sorting Position)后，编辑器下渲染顺序正常，打包后渲染顺序错误：

猜测这是BatchRendererGroup的bug，当项目只使用一个场景，没有任何场景切换时就会复现这个bug；

解决方法：使用两个场景，例如：场景A是空场景, 场景B是游戏场景，游戏开始后Additional方式加载场景B或者切换到场景B，这样渲染顺序就不会出现异常。

4. 打包WebGL

常见问题1：编辑器或其它平台正常，打包WebGL渲染异常；

解决方法：如果PlayerSettings设置的为WebGL 1，Shader Model需设置为2.0；WebGL2可设置Shader Model为3.0.

使用Amplify Shader Editor打开GPU动画Shader，设置Shader Model：