使用MaterialPropertyBlock来替换Material属性操作

在unite2017国外技术专场中Arturo Núñez在他的shader性能与优化专题中提到了一个这样的优化建议那就是使用材质属性块，其原话是Use MaterialPropertyBlock
Is faster to set properties using a MaterialPropertyBlock rather than
material.SetFloat(); Material.SetColor();

官网文档

因此我特意查找了下关于MaterialPropertyBlock的官方文档，文档是这样说的，材质属性块被用于Graphics.DrawMesh 和 Renderer.SetPropertyBlock两个API，当我们想要绘制许多相同材质但不同属性的对象时可以使用它。例如你想改变每个绘制网格的颜色，但是它却不会改变渲染器的状态

我们来看看Renderer这个类，它包含了material，sharedMaterial这两个属性；GetPropertyBlock，SetPropertyBlock两个函数，其中两个属性是用来访问和改变材质的，而两个函数是用来设置和获取材质属性块的，我们知道，当我们操作材质共性时，可以使用sharedMaterial属性，改变这个属性，那么所有使用此材质的物件都将会改变，而我们需要改变单一材质时，需要使用material属性，而在第一次使用material时其实是会生成一份材质拷贝的，即material(Instance)

实验

首先声明两个数组，一个用来保存用于操作材质，另一个用来保存操作材质属性块

GameObject[] listObj = null;
GameObject[] listProp = null;

再次声明一个公共变量，用来控制数组长度，以及一个材质属性块

public int objCount = 100;
MaterialPropertyBlock prop = null;

然后在Start函数中做初始化工作，我们在屏幕左侧空间生成objCount个球体Sphere用来处理材质材质，在屏幕右侧空间生成objCount个球体Sphere用来处理材质属性块

void Start () {
        colorID = Shader.PropertyToID("_Color");
        prop = new MaterialPropertyBlock();
        var obj = Resources.Load("Perfabs/Sphere") as GameObject;
        listObj = new GameObject[objCount];
        listProp = new GameObject[objCount];
        for (int i = 0; i < objCount; ++i)
        {
            int x = Random.Range(-6,-2);
            int y = Random.Range(-4, 4);
            int z = Random.Range(-4, 4);
            GameObject o = Instantiate(obj);
            o.name = i.ToString();
            o.transform.localPosition = new Vector3(x,y,z);
            listObj[i] = o;
        }
        for (int i = 0; i < objCount; ++i)
        {
            int x = Random.Range(2, 6);
            int y = Random.Range(-4, 4);
            int z = Random.Range(-4, 4);
            GameObject o = Instantiate(obj);
            o.name = (objCount + i).ToString();
            o.transform.localPosition = new Vector3(x, y, z);
            listProp[i] = o;
        }
    }

然后我们在Update函数中响应我们的操作，这里我使用按键上下健位来操作

void Update () {
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.DownArrow))
        {
            Stopwatch sw = new Stopwatch();
            sw.Start();
            for (int i = 0; i < objCount; ++i)
            {
                float r = Random.Range(0, 1f);
                float g = Random.Range(0, 1f);
                float b = Random.Range(0, 1f);
                listObj[i].GetComponent().material.SetColor("_Color", new Color(r, g, b, 1));
            }
            sw.Stop();     
            UnityEngine.Debug.Log(string.Format("material total: {0:F4} ms", (float)sw.ElapsedTicks *1000 / Stopwatch.Frequency));
        }
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.UpArrow))
        {
            Stopwatch sw = new Stopwatch();
            sw.Start();
            for (int i = 0; i < objCount; ++i)
            {
                float r = Random.Range(0, 1f);
                float g = Random.Range(0, 1f);
                float b = Random.Range(0, 1f);
                listProp[i].GetComponent().GetPropertyBlock(prop);
                prop.SetColor(colorID, new Color(r, g, b, 1));
                listProp[i].GetComponent().SetPropertyBlock(prop);             
            }
            sw.Stop();
            UnityEngine.Debug.Log(string.Format("MaterialPropertyBlock total: {0:F4} ms", (float)sw.ElapsedTicks * 1000 / Stopwatch.Frequency));
        }
    }

结论

然后我们再来看一下对比数据

table.png

从结果对比来看，确实使用材质属性块要快于使用材质，其消耗将近是操作材质耗时的四分之一。同时不管是材质还是材质属性块，第一次操作比后面的操作耗时要大，尤其是材质，可见在第一次使用材质改变属性操作时，其拷贝操作消耗还是非常大的。同时我也通过profiler的memory模块，切换进Detailed选项，对其进行采样，可以发现在Sence Memory下面会有material的拷贝（材质操作导致，而材质属性操作不会）

游戏中处理

正如官方文档介绍材质属性块一样，unity地型引擎正是使用材质属性块来绘制树的，所有的树使用的是相同的材质，但是每棵树有不同的颜色，缩放和风因子。对于大场景大世界来说，我们肯定是采取动态加载来处理地图的，这个时候我们可以配合Gpu Instance来进一步的提高性能，使用Gpu Instance一是可以省去实体对象本身的开销，二是能够起到减少Drawcall的作用，同时还能减少动态合批的cpu开销，静态合批的内存开销；可谓一举多得，遗憾的只能在ES3.0以上的设备上使用。对于一些游戏中存在自定义皮肤颜色玩法的，材质属性块的优势就可以发挥出来了，你想当你100个不同玩家同屏时，如果使用材质操作颜色属性的话，那么首先就存在100份材质拷贝的实例，其次，材质操作属性本身就比材质属性块操作要慢那么点，在性能优化中一毫秒的优化就是胜利，这了一毫秒那里一毫秒加起来就不得了了。

最后

这里给出下载地址
Arturo Núñez 的shader性能与优化的工程下载地址
本次测试工程