Instancias GPU en Unity: Aprendiendo en Voz Alta (1/4)

Serie: Unity GPU Instancing - Learning Out Loud - Parte 1 de 4

Parte 1 - Por qué existe el instancing: una línea base práctica

Resumen

Vamos a generar cien mil cubos, perfilar el dolor, activar Enable GPU Instancing, y luego añadir colores por renderizador usando MaterialPropertyBlock sin romper el instancing. Al final, tendrás una idea clara con cifras de dónde se va el tiempo.

Requisitos previos

Proyecto Unity 6000.2.2f1 Universal 3D. Crear un material URP Unlit llamado Mat_Instanced. En Calidad, VSync Count en Dont Sync. En un bootstrap, Application.targetFrameRate = -1. Desactivar Dynamic Batching para medidas consistentes. Ten a mano Stats de la Game view, Profiler y Frame Debugger.

Configuración del proyecto

Crea una escena vacía llamada Part1_Baseline. Crea un GameObject InstancingPlayground y adjunta tu script de pruebas. Asigna Mat_Instanced al campo baseMaterial. Para la primera prueba, asegúrate de que la casilla Enable GPU Instancing del material esté desactivada.

Experimento A: Línea base con instancing desactivado

Usa la escena tal cual. Con Enable GPU Instancing desactivado, entra en Play y registra Stats de la Game view, tiempo de Main Thread en el Profiler y una captura del Frame Debugger. Deberías ver miles y miles de draws.

Experimento B: Activar Enable GPU Instancing

Activa la casilla en Mat_Instanced. Repite las medidas. Espera menos tiempo de CPU en el main thread, aunque un conteo de draws parecido, porque cada renderer aún emite un draw.

Experimento C: Color por instancia con MaterialPropertyBlock

Usa Shader Graph o un shader HLSL que declare el color como propiedad instanciada y aplica un color por renderer mediante MaterialPropertyBlock. Así se mantiene el instancing y el motor puede agrupar instancias de verdad.

Resultados de la Parte 1

Escenario 1 Baseline con GameObjects: 100000 cubos, Instancing Off. Batches 103324, SetPass 47, Main Thread 52.2 ms, FPS promedio 19.1.

Escenario 2 GameObjects con Instancing activado: 100000 cubos, Instancing On. Batches 70764, SetPass 47, Main Thread 46.6 ms, FPS promedio 21.5.

Escenario 3 GameObjects con Instancing y MPB de color por instancia: 100000 cubos, Instancing On con propiedades instanciadas. Batches 157, SetPass 24, Main Thread 30.9 ms, FPS promedio 32.3.

Conclusiones clave

1. Marcar la casilla no es magia. Activar GPU Instancing sin cambiar el flujo de variaciones apenas ayuda. El SetPass no bajó al principio, lo que indica que el coste de cambios de estado en CPU siguió igual.

2. El gran salto llega usando propiedades instanciadas. Al pasar el color por instancia vía MaterialPropertyBlock y declararlo como propiedad instanciada en el shader, Unity agrupa las instancias y reduce drásticamente Batches y SetPass.

3. El cuello de botella CPU con GameObjects es real. Aunque las métricas mejoraron mucho, 30.9 ms de main thread todavía no son 60 FPS. El coste de transformaciones, culling y renderers de 100k GameObjects pesa. Para escalar de verdad, hay que pasar a Graphics.DrawMeshInstanced en la Parte 2 y luego a Indirect en la Parte 3.

4. SetPass cuenta la historia. Mantenerse en 47 con la casilla sola significa que no reducimos binds de estado; la caída a 24 con MPB confirma que por fin se reutiliza el mismo pass en grupos grandes de instancias.

Qué significa hasta ahora

Habilitar GPU Instancing es necesario pero no suficiente. Mantén materiales y palabras clave idénticas y alimenta variaciones mediante propiedades instanciadas. Así Unity puede instanciar draws automáticamente. Aun así, 157 batches se acerca a límites por pass si consideramos pases extra como sombras.

Próximo paso - Parte 2

Compararemos SRP Batcher con y sin instancing, y después cambiaremos a Graphics.DrawMeshInstanced para lograr batching real y liberar la CPU.

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