Как повысить FPS в Unity: эффективная оптимизация с Batching

Для кого эта статья:

• Разработчики игр, особенно начинающие и промежуточные
• Ученики курсов по программированию и тестированию

• Специалисты по оптимизации производительности в игровой индустрии

  Разработка игр на Unity порой напоминает схватку с невидимым противником — производительностью. Когда ваша игра начинает тормозить на устройствах пользователей, каждый draw call становится на счету. Именно здесь на сцену выходит герой оптимизации — Unity Batching. Эта технология может стать решающим фактором между плавным геймплеем и slideshow-презентацией из фреймов. Готовы превратить тысячи разрозненных вызовов отрисовки в эффективные пакеты данных? Давайте разберём, как правильно "подружить" ваш проект с батчингом и заставить GPU работать с максимальной отдачей. 🚀

Оптимизация игровых проектов требует технического понимания и практического опыта — то же самое необходимо хорошему тестировщику. На Курсе тестировщика ПО от Skypro вы изучите методологии выявления проблем производительности, научитесь создавать тест-кейсы и использовать профессиональные инструменты анализа. Эти навыки применимы как в геймдеве, так и в любой другой сфере разработки, что делает профессию тестировщика универсальным стартом в IT-индустрии.

Что такое Unity Batching и почему это критично для производительности

Unity Batching — это процесс объединения нескольких объектов в один вызов отрисовки (draw call). Каждый раз, когда Unity отправляет данные на GPU, происходит определённый обмен информацией между CPU и графическим процессором. Этот обмен создаёт небольшие, но заметные задержки, особенно когда таких вызовов тысячи.

Проблема в том, что даже простые игры могут содержать сотни или тысячи объектов. Без оптимизации каждый из них требует отдельного draw call, что приводит к так называемому "CPU bottleneck" — ситуации, когда процессор не успевает подготавливать данные для графического процессора.

Алексей Петров, технический директор игровых проектов

Недавно наша команда разрабатывала мобильную стратегию с большими армиями на поле боя. На тестовой сцене с 1000+ юнитами производительность упала до неприемлемых 15 FPS. Профилирование показало, что основная проблема — количество draw calls, которое доходило до 3000+ на кадр.

Мы начали с внедрения Static Batching для элементов ландшафта и зданий, что сразу сократило количество вызовов примерно на 40%. Затем применили Dynamic Batching для однотипных юнитов, сгруппировав их по типам. Это дало ещё 30% снижения.

Критическим моментом стала оптимизация материалов — унификация шейдеров и текстур позволила Batching работать ещё эффективнее. В результате мы вышли на стабильные 60 FPS даже на средних устройствах, а количество draw calls сократилось до 400-500. Правильная настройка батчинга буквально спасла проект.

Batching решает эту проблему, объединяя объекты с одинаковыми характеристиками (материалы, шейдеры, текстуры) в один пакет данных. Вместо отправки множества маленьких пакетов информации, Unity отправляет один большой пакет, значительно уменьшая нагрузку на CPU.

Критичность батчинга для производительности сложно переоценить. Вот основные преимущества:

• Снижение нагрузки на CPU, что особенно важно для мобильных устройств с ограниченными ресурсами
• Увеличение FPS и стабильность работы игры
• Уменьшение энергопотребления, что критично для мобильных игр
• Возможность размещать больше объектов на сцене без потери производительности
• Сокращение времени загрузки уровней

Важно понимать, что батчинг — это не волшебная таблетка. Он имеет свои ограничения и условия применения, которые необходимо учитывать для достижения максимальной эффективности. 🔍

Типы Batching в Unity: Static, Dynamic и GPU Instancing

Unity предлагает три основных подхода к оптимизации отрисовки через батчинг, каждый из которых имеет свои сильные стороны и ограничения. Понимание этих различий поможет выбрать правильную стратегию для конкретного проекта. ⚙️

Static Batching

Static Batching предназначен для неподвижных объектов, которые никогда не изменяют своё положение, вращение или масштаб. При использовании этого типа батчинга Unity объединяет геометрию статических объектов в более крупные меши во время сборки проекта.

Преимущества Static Batching:

• Наиболее эффективное сокращение draw calls
• Минимальная нагрузка на CPU во время выполнения
• Работает с любыми шейдерами
• Может объединять объекты с разной геометрией, но одинаковыми материалами

Ограничения:

• Требует больше памяти, так как дублирует вершинные данные
• Применим только к неподвижным объектам с флагом "Static"
• Увеличивает размер сборки

Dynamic Batching

Dynamic Batching применяется к движущимся объектам. Unity автоматически группирует объекты с одинаковыми материалами в один draw call, даже если объекты двигаются или меняют свои параметры.

Преимущества Dynamic Batching:

• Работает с движущимися объектами
• Не требует ручной настройки (активирован по умолчанию)
• Динамически адаптируется к изменениям сцены
• Не увеличивает использование памяти

Ограничения:

• Эффективен только для объектов с небольшим количеством вершин (≤300 для объектов без скиннинга, ≤900 для объектов со скиннингом в новых версиях Unity)
• Требует идентичные материалы и шейдеры
• Потребляет CPU-ресурсы для вычисления трансформаций
• Не работает с объектами, использующими разные значения Material Property Blocks

GPU Instancing

GPU Instancing позволяет рендерить множество копий одного и того же меша с разными параметрами трансформации за один draw call. Этот подход перекладывает нагрузку с CPU на GPU.

Преимущества GPU Instancing:

• Эффективно работает с большим количеством одинаковых объектов
• Поддерживает индивидуальные параметры для инстансов (цвет, масштаб и т.д.)
• Снижает нагрузку на CPU
• Работает как со статическими, так и с динамическими объектами

Ограничения:

• Требует идентичную геометрию (один и тот же меш)
• Нужны шейдеры с поддержкой инстансинга
• Не все графические API поддерживают GPU Instancing в полной мере
• Может требовать ручной настройки для максимальной эффективности

Выбор подходящего типа батчинга зависит от конкретных требований проекта. Часто оптимальным решением является комбинация всех трёх типов для разных элементов игры. В следующих разделах мы подробно рассмотрим настройку каждого из этих подходов. 🎮

Настройка Static Batching для неподвижных объектов сцены

Static Batching — мощный инструмент оптимизации для неподвижных элементов игрового мира. Правильная настройка этого типа батчинга может радикально улучшить производительность, особенно для сцен с большим количеством статических объектов. 🏗️

Настройка Static Batching включает несколько ключевых шагов:

1. Включение Static Batching в настройках проекта

Перед началом работы необходимо убедиться, что Static Batching активирован в настройках проекта:

1. Откройте Edit → Project Settings → Player
2. Перейдите во вкладку Other Settings
3. Найдите раздел Rendering
4. Убедитесь, что опция Static Batching включена

2. Пометка объектов как Static

Чтобы объект участвовал в Static Batching, его необходимо отметить как статический:

1. Выберите объект или группу объектов в иерархии
2. В инспекторе найдите выпадающее меню Static в правом верхнем углу
3. Активируйте опцию Batching Static (можно также использовать Everything Static)
4. Если работаете с префабами, убедитесь, что пометили все экземпляры или настроили префаб

Важно: если вы изменяете статус объектов в уже запущенной игре или в редакторе во время воспроизведения, необходимо вызвать StaticBatchingUtility.Combine() для пересчёта батчей.

3. Организация материалов и шейдеров

Объекты будут объединены в один батч только если используют один и тот же материал. Оптимизация материалов критична для эффективного батчинга:

• Используйте общие материалы для объектов одного типа
• Создавайте атласы текстур вместо отдельных текстур
• Избегайте ненужных вариаций шейдеров
• Рассмотрите возможность использования материалов с несколькими текстурными каналами

Пример эффективной организации материалов для уровня:

• Building_Material — один материал для всех зданий с атласом текстур
• Terrain_Material — общий материал для ландшафтных элементов
• Props_Material — материал для декоративных элементов

4. Структурирование иерархии объектов

Для максимальной эффективности Static Batching важно правильно организовать объекты в иерархии:

• Группируйте объекты с одинаковыми материалами в отдельные родительские объекты
• Избегайте глубоких вложенностей в иерархии для статических объектов
• Рассмотрите возможность использования пустых GameObject в качестве контейнеров для логической группировки

5. Проверка эффективности Static Batching

После настройки необходимо убедиться, что батчинг работает эффективно:

1. Включите Stats панель в игровом режиме (Window → Analysis → Profiler)
2. Обратите внимание на показатели Batches и Saved by batching
3. Используйте Frame Debugger (Window → Analysis → Frame Debugger) для анализа отдельных draw calls
4. Профилируйте производительность до и после применения Static Batching

Марина Соколова, ведущий технический художник

В одном из моих VR-проектов мы столкнулись с серьезной проблемой производительности. Сцена представляла собой музей с сотнями детализированных экспонатов, и FPS падал до недопустимых значений, что вызывало дискомфорт у пользователей.

Изначально каждый экспонат был смоделирован отдельно, с уникальными материалами. Профилирование показало более 2000 draw calls, что было неприемлемо для VR.

Мы полностью пересмотрели подход к организации сцены. Первым шагом стало объединение всех текстур в несколько атласов: один для металлических экспонатов, один для деревянных, и так далее. Затем все статические объекты были помечены как Batching Static.

Ключевой момент — мы переработали материалы так, чтобы использовать всего 5 основных шейдеров вместо десятков. Для некоторых визуальных эффектов применили Material Property Blocks, что позволило сохранить вариативность внешнего вида без потери возможности батчинга.

Результат превзошел ожидания: количество draw calls сократилось до 150, а FPS увеличился в 4 раза. VR-опыт стал плавным и комфортным, при этом визуальное качество практически не пострадало.

6. Типичные проблемы и их решения

При настройке Static Batching могут возникать следующие проблемы:

• Проблема: Объекты не объединяются в батчи Решение: Проверьте, что они используют идентичные материалы и все помечены как Static
• Проблема: Высокое потребление памяти Решение: Оптимизируйте геометрию объектов, рассмотрите возможность использования LOD
• Проблема: Низкая производительность при большом количестве батчей Решение: Унифицируйте материалы, используйте атласы текстур
• Проблема: Объекты с разной геометрией не объединяются Решение: Убедитесь, что они используют идентичный материал

7. Специальные случаи использования Static Batching

В некоторых ситуациях требуется особый подход к Static Batching:

• Большие открытые миры: Разделите мир на секции с отдельными статическими батчами
• Процедурно генерируемые уровни: Используйте комбинацию Static и Dynamic Batching
• VR/AR приложения: Приоритизируйте наиболее заметные объекты для Static Batching
• Мобильные платформы: Ограничьте размер батчей для экономии памяти

Правильная настройка Static Batching требует некоторого времени и экспериментов, но результаты — значительное повышение производительности — определенно стоят этих усилий. 🚀

Оптимизация Dynamic Batching для движущихся элементов

Dynamic Batching — это решение Unity для оптимизации отрисовки движущихся объектов. В отличие от Static Batching, этот подход работает "на лету", объединяя объекты с одинаковыми материалами в один вызов отрисовки даже если они перемещаются, вращаются или масштабируются. Правильная настройка Dynamic Batching может значительно повысить производительность игр с большим количеством движущихся элементов. 🏃‍♂️

1. Включение и настройка Dynamic Batching

Dynamic Batching в Unity включен по умолчанию, но его нужно правильно настроить:

1. Убедитесь, что опция активирована в Edit → Project Settings → Player → Other Settings → Rendering → Dynamic Batching
2. Для URP/HDRP проверьте настройки в соответствующем Asset (Dynamic Batching должен быть включен в Forward Renderer)
3. В SRP необходимо включить опцию в скрипте рендеринга через DrawingSettings.enableDynamicBatching = true;

2. Понимание ограничений и требований

Для эффективной работы Dynamic Batching необходимо учитывать следующие ограничения:

• Ограничение по вершинам: объекты должны содержать не более 300 вершин (без скиннинга)
• Идентичные материалы: объекты должны использовать один и тот же экземпляр материала (не просто одинаковые)
• Совместимые шейдеры: некоторые сложные шейдеры могут отключать Dynamic Batching
• Освещение: объекты с разными настройками освещения могут не объединяться

3. Оптимизация моделей для Dynamic Batching

Для максимальной эффективности необходимо оптимизировать 3D-модели:

• Создавайте низкополигональные версии часто повторяющихся объектов
• Используйте LOD (Level of Detail) для объектов, которые видны на разных расстояниях
• Разбивайте сложные модели на более простые части для соответствия лимиту в 300 вершин
• Оптимизируйте UV-развертки для уменьшения количества вершин

Пример оптимизации модели персонажа:

• Исходная модель: 1200 вершин (не подходит для Dynamic Batching)
• Оптимизированная основная модель: 280 вершин
• Детали (оружие, аксессуары): отдельные объекты по 50-100 вершин
• Результат: возможность использовать Dynamic Batching для армии NPC

4. Управление материалами

Правильное управление материалами критично для Dynamic Batching:

• Используйте общие экземпляры материалов для всех объектов одного типа
• Применяйте Material Property Blocks для изменения свойств материала без разрыва батчинга
• Создавайте атласы текстур для разных вариаций внешнего вида
• Избегайте динамического создания материалов во время игры

Пример кода использования Material Property Blocks:

private MaterialPropertyBlock propertyBlock;
private Renderer myRenderer;

void Start() {
propertyBlock = new MaterialPropertyBlock();
myRenderer = GetComponent<Renderer>();
}

public void ChangeColor(Color newColor) {
propertyBlock.SetColor("_Color", newColor);
myRenderer.SetPropertyBlock(propertyBlock);
}

5. Оптимизация скриптов для совместимости с Dynamic Batching

Некоторые операции в скриптах могут разрушать батчинг. Вот что следует учитывать:

• Избегайте частого изменения материалов через renderer.material (это создает копии)
• Используйте renderer.sharedMaterial для доступа без создания копий
• Кэшируйте ссылки на компоненты Renderer вместо их частого получения
• Применяйте пулинг объектов вместо создания/уничтожения для динамических элементов

6. Мониторинг эффективности Dynamic Batching

Для оценки эффективности Dynamic Batching используйте следующие инструменты:

• Frame Debugger: для визуального анализа батчей (Window → Analysis → Frame Debugger)
• Profiler: для отслеживания количества draw calls и батчей
• Stats panel: для быстрого контроля показателей в режиме игры
• Прямое тестирование: включение/отключение Dynamic Batching для сравнения производительности

7. Когда не использовать Dynamic Batching

В некоторых случаях Dynamic Batching может быть не оптимальным выбором:

• Для объектов с большим количеством вершин (>300)
• Когда GPU Instancing может быть более эффективным (много идентичных объектов)
• На платформах с ограниченным CPU (батчинг требует дополнительных вычислений)
• Для объектов с частыми изменениями материалов или шейдеров

Dynamic Batching — мощный инструмент оптимизации, но требует внимательного проектирования и настройки. Правильное применение этой технологии может значительно улучшить производительность вашей игры, особенно на мобильных устройствах. 📱

Лучшие практики и распространенные ошибки при работе с Batching

Batching — мощный инструмент оптимизации, но его эффективное применение требует понимания нюансов и избегания типичных ошибок. В этом разделе мы рассмотрим проверенные практики и распространенные ловушки, которые могут подстерегать разработчиков. 🛠️

Лучшие практики при работе с Batching

1. Профилирование перед оптимизацией

• Всегда начинайте с профилирования для выявления реальных проблем
• Используйте Unity Profiler для определения узких мест производительности
• Отслеживайте количество draw calls и батчей на разных устройствах
• Оптимизируйте в первую очередь те сцены, где производительность критична

2. Комбинирование разных типов Batching

• Используйте Static Batching для неподвижного окружения
• Применяйте Dynamic Batching для небольших движущихся объектов
• Внедряйте GPU Instancing для множества одинаковых объектов
• Разработайте стратегию батчинга для каждого типа объектов в вашей игре

3. Эффективная организация материалов

• Создавайте атласы текстур вместо отдельных изображений
• Используйте как можно меньше уникальных материалов
• Настраивайте материалы через Material Property Blocks
• Применяйте систему категоризации материалов для удобства управления

4. Систематический подход к оптимизации

• Начинайте с крупных объектов и часто повторяющихся элементов
• Оптимизируйте пропорционально влиянию на производительность
• Документируйте подход к батчингу для команды
• Внедряйте автоматизированные тесты производительности

5. Оптимизация для конкретных платформ

• Учитывайте ограничения целевых платформ (особенно мобильных)
• Настраивайте параметры батчинга в зависимости от мощности устройств
• Создавайте различные конфигурации для высоко- и низкопроизводительных устройств
• Тестируйте на реальном железе, а не только в эмуляторах

Распространенные ошибки и их решения

1. Ошибка: Неправильное использование материалов Симптом: Объекты не объединяются в батчи, несмотря на одинаковые текстуры. Решение: Убедитесь, что объекты используют один экземпляр материала, а не просто визуально идентичные материалы. Используйте renderer.sharedMaterial вместо renderer.material.

2. Ошибка: Игнорирование ограничения на количество вершин Симптом: Dynamic Batching не работает для некоторых объектов. Решение: Проверьте количество вершин в моделях. Для Dynamic Batching лимит составляет около 300 вершин. Оптимизируйте модели или разбейте их на части.

3. Ошибка: Избыточное использование уникальных шейдеров Симптом: Большое количество материалов не батчится, несмотря на идентичные текстуры. Решение: Унифицируйте шейдеры, используйте универсальные шейдеры с переключателями функций вместо множества специализированных.

4. Ошибка: Динамическое создание материалов Симптом: Производительность падает со временем, количество батчей уменьшается. Решение: Избегайте создания новых материалов во время игры. Используйте пулы предварительно созданных материалов или Material Property Blocks.

5. Ошибка: Неправильная маркировка объектов Симптом: Static Batching не работает для статических элементов сцены. Решение: Убедитесь, что все неподвижные объекты помечены флагом "Static" в инспекторе, конкретно "Batching Static".

6. Ошибка: Избыточное использование вложенных объектов Симптом: Объекты не объединяются в батчи, несмотря на идентичные материалы. Решение: Упростите иерархию объектов, используйте более плоскую структуру для статических элементов.

7. Ошибка: Игнорирование влияния освещения Симптом: Батчинг работает неэффективно в сценах со сложным освещением. Решение: Используйте запеченное освещение для статических объектов, унифицируйте параметры освещения для групп объектов.

Продвинутые техники оптимизации

1. Комбинирование мешей вручную

• Используйте CombineMeshes() для программного объединения мешей
• Создавайте LOD-системы с разной степенью объединения
• Применяйте ручное объединение для критически важных частей сцены

2. Использование сцен-компонентов

• Разделите большие уровни на подсцены для оптимизации батчинга
• Управляйте загрузкой и выгрузкой частей уровня
• Оптимизируйте батчинг в каждой подсцене отдельно

3. Автоматизация проверок батчинга

• Создайте редакторные скрипты для анализа эффективности батчинга
• Внедрите автоматические проверки в процесс сборки
• Разработайте инструменты для визуализации батчей в сцене

Чек-лист для оптимизации Batching

Используйте этот чек-лист для проверки эффективности батчинга в вашем проекте:

• ✅ Все неподвижные объекты помечены как Static
• ✅ Материалы унифицированы и используют минимум уникальных шейдеров
• ✅ Динамические объекты оптимизированы по количеству вершин
• ✅ Используются атласы текстур вместо отдельных текстур
• ✅ Для модификации материалов применяются Material Property Blocks
• ✅ GPU Instancing настроен для множества идентичных объектов
• ✅ Проведено профилирование до и после оптимизации
• ✅ Проект протестирован на целевых платформах
• ✅ Документирован подход к батчингу для команды
• ✅ Настроена система мониторинга производительности

Эффективное использование батчинга — это не разовое мероприятие, а постоянный процесс. Регулярно анализируйте производительность, экспериментируйте с разными подходами и адаптируйте стратегию оптимизации под конкретные требования вашего проекта. 🎯

Понимание и правильное применение батчинга — один из ключевых факторов, отличающих профессиональную разработку от любительской. Эта техника не просто улучшает производительность, но и позволяет создавать более сложные, насыщенные и впечатляющие игровые миры без ущерба для FPS. Начните с базовых принципов, постепенно внедряйте продвинутые методики и помните: каждый сэкономленный draw call — это шаг к более плавной и отзывчивой игре, которая будет работать на большем количестве устройств. Инвестиция времени в оптимизацию батчинга окупится многократно на всех этапах жизненного цикла вашего проекта.

Читайте также

• Unity: как создать и опубликовать игру в App Store и Google Play
• 5 проверенных способов реализации движения персонажа в Unity
• Создаем онлайн-игры в Unity: пошаговое руководство для новичков
• Разработка идеального UI в Unity: ключ к захватывающим играм
• Создание и настройка игровых объектов в Unity: руководство для начинающих
• Unity: мощный движок для разработки игр любой сложности
• Мультиплеер в Unity: создание онлайн-игр от основ до реализации
• Project Settings в Unity: полная настройка и оптимизация проекта
• Как добавить ассеты в Unity: пошаговое руководство для новичков
• Как заставить объекты вращаться в Unity: практическое руководство