2D割草/吸血鬼游戏 性能优化——GPU Spine动画

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在过去的几年里，割草、类吸血鬼玩法的游戏频出爆款，其丰富的技能、满屏特效、刷怪清屏的解压畅快是此类游戏的核心，也是技术实现难点。

此类游戏2D居多，如《弹壳特工队》等，我想其中原因一是硬件性能受限，难以解决移动端3D海量单位同屏；原因二就是海量单位项目视角受限，注定只能是偏俯视远视角才能在屏幕中展示更多的单位。如果俯视视角3D效果远不如用2D；

然而2D游戏常用的Spine动画，性能甚至还不及Animator。在之前的B站视频中有简单对比测试：

 如何提升spine动画的性能？

GPU帧动画：

2d最简单的方式就是gpu帧动画，也就是将动画帧打到图集里，使用shader进行偏移采样帧以实现gpu帧动画。这种方式性能很高，然而过于简单，只适合简单需求，如粒子特效等。gpu帧动画没有骨骼信息，难以满足复杂需求，例如弓箭手战斗单位发起攻击，通常需要在弓箭手松手的一瞬间，在弓箭发射口创建并发射箭矢，看似极其普通的需求，帧动画却无法实现，这就严重影响项目品质。

 GPU帧动画过于简单，且应用场景受限，不是我们介绍的重点。下面是简单的GPU帧动画实现：

 帧动画Shader函数：

 帧动画Shader：

 GPU骨骼动画：

骨骼动画是使用最普遍的动画类型，复杂的骨骼节点树以及无法进行渲染合批导致了严重的性能问题。 

Spine动画是2d骨骼动画，因此gpu骨骼动画原理同时适用于2D/3D、无论是人形还是四足，只要是骨骼动画全部适用。遗憾的是目前无论是开源项目还是Unity资源商店，都没有一款同时具备高性能、功能完善、易用性、兼容性的GPU动画插件。

相比之下做的最好的有：

1. GPU Instancer - Crowd Animations | Animation Tools | Unity Asset Store

 不支持移动平台，依赖运行时脚本

2. GPU ECS Animation Baker | Animation Tools | Unity Asset Store

 针对Entities，依赖ECS运行时

 然而，这些都依赖运行时脚本，不仅影响性能，也就注定了受限，因为你无法使用Graphics接口或BatchRendererGroup进行批量合批渲染。这也是我为什么要用纯Shader实现GPU动画的原因，可以不依赖任何脚本，仅仅通过修改shader参数进行动画切换、融合等。这样就可以使用单个MeshRenderer渲染动画物体以支持Unity合批。同时还可以使用Graphics接口或BatchRendererGroup进行批量合批渲染，更进一步大幅提升性能。

 前面的博文中我们已经详细讲过GPU顶点动画和GPU骨骼动画的实现原理，并且实现了GPU动画任意运行时刻获取任意绑定骨骼的Transform信息，并且支持了动画事件触发，使得逻辑行为与动画保持一致，大大提高了项目品质。此文不再赘述，主要将如何实现控制元素显隐：

【Unity】GPU骨骼 GPU Spine动画 2D/3D渲染性能开挂 合批渲染 支持武器挂载 动画事件 动画融合 实时获取骨骼位置_unity spine动画合批 gpu-CSDN博客

虽然GPU骨骼动画原理一致，但 2D骨骼动画（spine动画）要比3D骨骼动画复杂很多，因为3D动画几乎不会记录复杂的动画帧，如节点显隐等。但是2D动画非常常用，对于2d spine动画，人物向不同方向移动就需要显示不同视角的2D图片，或者凭空显示武器、武器特效等。

 对与Animator中修改贴图的动画帧，GPU动画无法做到，但是我们可以把所有元素罗列好，通过Key显示、隐藏动画帧达到相同的效果。这样我们只需让GPU动画支持显示、隐藏功能即可达到预期。

对于GPU动画支持元素显示、隐藏有多种方式，如，当GameObject隐藏时可以通过反转Mesh法线，Shader使用Cull Back就会自动剔除背面以实现Mesh隐藏；然而此方式受限，有些spine动画通过旋转Mesh镜像以实现转身，这种情况下Shader必须关闭剔除。

还有一种更简单的方法就是直接修改矩阵缩放，当物体不可见时缩放为0，这样同样可以达到Mesh消失的效果。并且本身动画贴图中就是写入的骨骼的矩阵，只需在写入动画贴图前判定骨骼GameObject是否隐藏，隐藏则将矩阵中的缩放置0。

gpu spine动画效果：