Unity Open Day 北京站-技术专场：深入理解 Entities Graphics

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对于最新发布的Unity 2022 LTS，开发者们最关注的技术亮点莫过于DOTS：面向数据编程的技术栈，它能辅助开发者们实现大规模仿真及超复杂场景的渲染，创建更有雄心的游戏。在Unity技术开放日北京站技术专场中，Unity中国DOTS技术主管李中元先生深入讲解了DOTS的关键功能 Entities Graphics的工作思想及设计原理。

李中元：大家好！我是李中元，是Unity中国DOTS技术担当。

今天讲的大背景是DOTS1.0已经发布了，意味着可以把DOTS应用在项目里了。它跟之前最大的区别是它提供两年质保，当大家遇到BUG或者其他情况时，可以踊跃的把BUG提交给我们，会有专人负责修复。

今天的主题是《深入理解Entities Graphics》，这也是DOTS里非常基础的一个package，希望通过分享让大家了解它底层的运行机制。主要分三个内容：一是Entities Graphics的简介，二是它的架构设计，三是它的底层原理。

一、Entities Graphics 简介

Entities Graphics以前叫Hybrid Renderer，在DOTS1.0时它被改名成了“Entities Graphics”。为什么要改成 “Entities Graphics”？因为反映了它最基本的功能。

Hybrid Renderer有两个版本，第一个版本是随着MegaCity这个Demo发布的，当时DOTS还在比较前期的阶段，它需要做渲染方面的支持，所以Hybrid Renderer V1是为了MegaCity demo定制的一个版本；后来V2版本DOTS Graphics team把这个package完全重写掉了。Hybrid Renderer反映了它的本质，它不是“pure” DOTS renderer，它依然使用了像Mesh、Material、Shader这些我们传统Unity引擎里的数据结构，所以它是一个混合的模式。

这张图是最典型的使用SRP时在profiler见到的一个场景。当我们进行渲染时能看到这种大量绿色的标签，这些绿色的代表一些跟渲染相关的调用。当渲染压力比较重时，它们会随着渲染压力逐渐变长。这里面绿色的东西主要做两件事情，第一，把显卡需要的数据上传到GPU上，这样GPU才能访问它们；第二，组织batch，这些东西在显卡上怎么显示，需要在这里把它组织好。

这里面有明显的问题，我用红框标起来了，就是上面不管多忙，底下都一直在看戏，只有前面的一点在裁剪时有一点点工作，后面全程看戏。这种设计在当前的手机6核、8核，PC10核、20的大环境下，已经有点不合时宜了。

SRP和Hybrid Renderer V1的另外一个问题是在主线程组织Batch，然后每帧都要上传渲染状态。这里面还隐藏了一个问题，在多相机时这个问题会变得更严重。Hybrid Renderer V1在当时是定制的一个渲染管线，所以它会break掉一些东西，比如这个instancing关键字被break掉了，Shader Graph和材质的编辑也是特殊的流程。当时的Hybrid Renderer V1只支持了在HDRP在Megacity用到的这些feature，其他feature都是不能用的。

所以Entities Graphics package在这个大环境下，它提出了两个目标。一个是它要做GPU data persistent model,GPU数据只上传一次，这个只上传一次不是每帧上传一次，是全局只上传一次；第二是不需要每帧都组织Batch。刚才绿条里做的两个非常重的事情，都要把它变成一次性的，而不是每帧都要做的。这样在渲染时那些绿色的渲染任务会极大减少。

为了做到这个GPU persistent data model，就需要在ECS访问Shader需要的数据，相当于把CPU上的数据通过某种方式映射到GPU上去。因为我们有了GPU persistent data Model，这时候如果我们所渲染的数据发生了增加或者删除，怎么办？我们总不能把数据全部清空掉，然后重新再组织一遍、再上传一次，所以就有了Delta Update。Delta Update本身就是一个效率非常高的方式，什么东西发生了变化，只修改那部分，其他没有修改的部分不需要动，这个效率会有非常大的提高。第二个是Persistent Batches，Batches是说场景中物