通过GPU加速优化Unity游戏性能

# 2.1 GPU架构与并行计算

### 2.1.1 GPU的硬件组成

GPU（图形处理器）是一种专门用于处理图形计算的硬件设备。与CPU（中央处理器）相比，GPU具有以下特点：

- **并行计算能力强：** GPU拥有大量的流处理器，可以同时处理多个计算任务，从而实现高效的并行计算。
- **专为图形处理设计：** GPU的架构针对图形处理进行了优化，具有专门的纹理单元、光栅化引擎和渲染管线，可以高效地处理图形数据。
- **高内存带宽：** GPU拥有宽带内存接口，可以快速访问大容量的图形数据，满足图形处理对数据吞吐量的需求。

# 2. GPU加速基础理论

### 2.1 GPU架构与并行计算

#### 2.1.1 GPU的硬件组成

GPU（图形处理单元）是一种专门用于处理图形和视频数据的高性能处理器。与CPU（中央处理单元）不同，GPU具有独特的硬件架构，使其特别适合并行计算。

GPU由以下主要组件组成：

- **流处理器 (SP)**：SP是GPU的核心计算单元，负责执行图形渲染任务。每个SP包含多个处理核心，可以同时处理多个指令。
- **纹理单元 (TU)**：TU负责处理纹理数据，包括纹理采样、过滤和混合。
- **光栅化引擎 (RE)**：RE负责将3D模型转换为2D像素，并执行诸如裁剪、透视校正和深度测试等操作。
- **显存 (VRAM)**：VRAM是GPU的高速内存，用于存储纹理、顶点数据和中间渲染结果。

#### 2.1.2 GPU的并行计算原理

GPU的并行计算能力使其能够同时处理大量数据。这对于图形渲染至关重要，因为渲染过程涉及大量并行计算，例如：

- **顶点着色**：计算每个顶点的最终位置和颜色。
- **片元着色**：计算每个片元的最终颜色和深度。
- **纹理采样**：从纹理中获取纹素数据。
- **混合**：将多个像素颜色混合在一起。

GPU通过将任务分解成较小的子任务并在多个SP上并行执行这些子任务来实现并行计算。这种并行处理能力使GPU能够比CPU更快地处理图形任务。

### 2.2 GPU编程模型

#### 2.2.1 OpenGL ES和Vulkan简介

OpenGL ES和Vulkan是两个流行的GPU编程模型，用于在移动设备和嵌入式系统上开发图形应用程序。

- **OpenGL ES**：OpenGL ES（嵌入式系统开放图形库）是OpenGL的精简版本，专为移动设备和嵌入式系统设计。它提供了一个跨平台的API，允许开发人员创建高性能图形应用程序。
- **Vulkan**：Vulkan是一个低级的图形API，提供对GPU硬件的直接访问。它允许开发人员优化应用程序的性能，但需要更深入的GPU编程知识。

#### 2.2.2 统一着色器架构

统一着色器架构（Unified Shader Architecture，USA）是一种GPU编程模型，它允许开发人员使用相同的着色器代码针对不同的GPU硬件进行编程。

USA将着色器分为顶点着色器、片元着色器和几何着色器。这些着色器执行不同的任务，但它们都使用相同的着色器语言。这使开发人员能够更轻松地为不同的GPU平台编写和优化着色器代码。

# 3. Unity中GPU加速实践

### 3.1 材质优化

材质是Unity中用于描述物体表面外观的组件。优化材质可以有效提升渲染效率。

#### 3.1.1 材质属性的设置

* **材质类型：**选择与渲染需求相匹配的材质类型，如标准着色器、URP着色器或HDRP着色器。
* **渲染模式：**根据场景需求选择渲染模式，如不透明、透明或自发光。
* **剔除模式：**设置剔除模式，以避免渲染不可见物体。
* **双面渲染：**启用双面渲染，以渲染物体背面。
* **光照贴图：**使用光照贴图烘焙