Unity动态图集技术

.背景
首先，为什么需要动态图集？主要有两个原因：

游戏中的icon数量相当大，数量达到上千个。如果打成静态图集，需要好几张2048x2048的图集。运行时内存占用较大。同时，在这种情况下，由于icon会跨几个图集，在几个图集间穿插渲染有可能会提高drawcall。
若icon不打图集，每个icon就是一个单独的drawcall，会导致drawcall很高。
而动态图集，就是为了解决以上提到的问题。它的主要思路就是在运行时将需要使用的icon动态更新到一张共享的图集中去。由于同时渲染的icon数量往往远远小于实际icon的资源数量，因此通常一张1024或者2048大小的动态图集即可以满足大多数的游戏需求。该方法的好处在于，内存在可控范围，并且icon可以共享纹理从而省drawcall。

Unity动态图集技术

在 Unity 中，动态图集（Dynamic Atlas）技术是一种优化纹理资源管理和渲染性能的方法。动态图集通过将多个小纹理动态合并到一个大纹理中，减少了渲染过程中纹理切换的次数，从而提高了渲染效率。以下是关于 Unity 动态图集技术的详细介绍和实现方法。

动态图集的优势

减少纹理切换：在渲染过程中，频繁的纹理切换会导致性能下降。通过将多个小纹理合并到一个大纹理中，可以减少纹理切换的次数。
提高渲染效率：减少纹理切换和批处理次数，可以显著提高渲染效率，特别是在移动设备上。
简化资源管理：动态图集可以简化纹理资源的管理，使得纹理的加载和使用更加高效。

实现动态图集

在 Unity 中实现动态图集可以通过以下几种方法：

1. 使用 Unity 的 Sprite Atlas

Unity 提供了内置的 Sprite Atlas 工具，可以方便地创建和管理图集。以下是使用 Sprite Atlas 的步骤：

创建 Sprite Atlas：
- 在 Unity 编辑器中，右键点击项目窗口，选择 Create > 2D > Sprite Atlas 创建一个新的 Sprite Atlas。
添加精灵到图集：
- 选择创建的 Sprite Atlas，在 Inspector 窗口中，点击 Objects for Packing 下的 + 按钮，将需要合并的精灵（Sprite）拖动到列表中。
打包图集：
- 点击 Pack Preview 按钮，Unity 会自动将精灵合并到一个图集中。
使用图集中的精灵：
- 在代码或编辑器中使用图集中的精灵时，Unity 会自动从图集中提取相应的纹理。

2. 动态生成图集

如果需要在运行时动态生成图集，可以使用 Texture2D 和 Rect 类来实现。以下是一个简单的示例，展示了如何在运行时动态生成图集：

using UnityEngine;
using System.Collections.Generic;public class DynamicAtlas : MonoBehaviour
{public List<Texture2D> textures; // 要合并的纹理列表public int atlasWidth = 1024; // 图集宽度public int atlasHeight = 1024; // 图集高度private Texture2D atlasTexture;private List<Rect> uvRects;void Start(){GenerateAtlas();}void GenerateAtlas(){atlasTexture = new Texture2D(atlasWidth, atlasHeight);uvRects = new List<Rect>();for (int i = 0; i < textures.Count; i++){Texture2D texture = textures[i];Rect uvRect = new Rect(0, 0, texture.width, texture.height);uvRects.Add(uvRect);atlasTexture.SetPixels((int)uvRect.x, (int)uvRect.y, texture.width, texture.height, texture.GetPixels());}atlasTexture.Apply();}void OnGUI(){// 在屏幕上显示图集GUI.DrawTexture(new Rect(0, 0, atlasWidth, atlasHeight), atlasTexture);}
}

3. 使用第三方插件

除了 Unity 内置的工具和自定义实现外，还有一些第三方插件可以帮助你更方便地创建和管理动态图集。例如：

TexturePacker：一个流行的纹理打包工具，支持多种平台和格式，可以与 Unity 无缝集成。
Asset Store 插件：Unity Asset Store 上有许多插件提供了动态图集的功能，可以根据需要选择合适的插件。

动态图集的注意事项

纹理大小限制：在创建图集时，需要注意图集的大小限制。不同平台对纹理大小有不同的限制，通常建议图集的大小不超过 2048x2048 或 4096x4096。
纹理压缩：为了减少内存占用和提高加载速度，可以对图集进行纹理压缩。Unity 提供了多种纹理压缩格式，可以根据平台选择合适的压缩格式。
纹理边缘处理：在合并纹理时，需要注意纹理边缘的处理，避免出现纹理缝

动态图集pipeline

游戏应用逻辑根据资源路径向动态图集服务请求icon。
如果该icon已经在该图集中，直接返回给程序使用；否则进入第3步。
去硬盘上请求加载该icon。
加载完成以后将该icon载入内存。
动态图集服务会根据某种分块算法，在其剩余可用的区域里划分一块矩形区域，同时将第4步中的icon像素拷贝到该矩形区域。
将关联第5步中矩形区域的sprite返回给应用程序使用。
在该6个步骤中，第5步是核心步骤，因为分块算法的好坏和像素的拷贝直接决定该pipeline的性能瓶颈。

动态生成图集流程

动态生成图集（Dynamic Atlas）的流程涉及多个步骤，包括纹理的收集、图集的创建、纹理的合并以及图集的使用。以下是一个详细的流程和示例代码，展示如何在 Unity 中动态生成图集。

动态生成图集的流程

收集纹理：收集需要合并到图集中的所有纹理。
创建图集：创建一个空的图集纹理（Texture2D）。
合并纹理：将收集到的纹理逐个合并到图集中，并记录每个纹理在图集中的位置（UV 坐标）。
应用图集：将生成的图集应用到需要使用的对象上。

示例代码

以下是一个完整的示例代码，展示了如何在 Unity 中动态生成图集：

using UnityEngine;
using System.Collections.Generic;public class DynamicAtlasGenerator : MonoBehaviour
{public List<Texture2D> textures; // 要合并的纹理列表public int atlasWidth = 1024; // 图集宽度public int atlasHeight = 1024; // 图集高度public int padding = 2; // 纹理之间的间距private Texture2D atlasTexture;private List<Rect> uvRects;void Start(){GenerateAtlas();}void GenerateAtlas(){// 创建一个空的图集纹理atlasTexture = new Texture2D(atlasWidth, atlasHeight, TextureFormat.RGBA32, false);uvRects = new List<Rect>();// 初始化图集纹理为透明Color[] clearPixels = new Color[atlasWidth * atlasHeight];for (int i = 0; i < clearPixels.Length; i++){clearPixels[i] = Color.clear;}atlasTexture.SetPixels(clearPixels);// 当前图集的填充位置int currentX = padding;int currentY = padding;int maxRowHeight = 0;// 合并纹理到图集中foreach (Texture2D texture in textures){if (currentX + texture.width + padding > atlasWidth){// 换行currentX = padding;currentY += maxRowHeight + padding;maxRowHeight = 0;}if (currentY + texture.height + padding > atlasHeight){Debug.LogError("图集空间不足，无法容纳所有纹理");break;}// 复制纹理到图集atlasTexture.SetPixels(currentX, currentY, texture.width, texture.height, texture.GetPixels());// 记录纹理在图集中的位置Rect uvRect = new Rect((float)currentX / atlasWidth, (float)currentY / atlasHeight, (float)texture.width / atlasWidth, (float)texture.height / atlasHeight);uvRects.Add(uvRect);// 更新当前填充位置currentX += texture.width + padding;maxRowHeight = Mathf.Max(maxRowHeight, texture.height);}// 应用图集纹理atlasTexture.Apply();// 在屏幕上显示图集GameObject quad = GameObject.CreatePrimitive(PrimitiveType.Quad);quad.transform.localScale = new Vector3(10, 10, 1);quad.GetComponent<Renderer>().material.mainTexture = atlasTexture;}void OnGUI(){// 在屏幕上显示图集GUI.DrawTexture(new Rect(0, 0, atlasWidth, atlasHeight), atlasTexture);}
}

详细解释

收集纹理：
- public List<Texture2D> textures;：定义一个列表来存储需要合并的纹理。
创建图集：
- atlasTexture = new Texture2D(atlasWidth, atlasHeight, TextureFormat.RGBA32, false);：创建一个空的图集纹理。
- 初始化图集纹理为透明：使用 SetPixels 方法将图集纹理初始化为透明。
合并纹理：
- 使用嵌套的循环遍历所有纹理，并将它们逐个复制到图集中。
- 记录每个纹理在图集中的位置（UV 坐标），以便后续使用。
应用图集：
- atlasTexture.Apply();：调用 Apply 方法将所有的像素更改应用到图集纹理中。
- 在屏幕上显示图集：创建一个四边形（Quad）并将图集纹理应用到其材质上，以便在场景中可视化图集。

使用图集中的纹理

在生成图集后，你可能需要在游戏中使用图集中的纹理。为了方便管理和使用这些纹理，可以创建一个简单的管理器类来存储纹理的 UV 坐标，并提供获取纹理 UV 坐标的方法。

以下是一个示例，展示如何使用生成的图集和 UV 坐标：

using UnityEngine;
using System.Collections.Generic;public class DynamicAtlasManager : MonoBehaviour
{public DynamicAtlasGenerator atlasGenerator; // 引用动态图集生成器private Dictionary<string, Rect> textureUVs; // 存储纹理名称和 UV 坐标的字典void Start(){textureUVs = new Dictionary<string, Rect>();// 假设纹理名称与列表中的索引对应for (int i = 0; i < atlasGenerator.textures.Count; i++){string textureName = atlasGenerator.textures[i].name;Rect uvRect = atlasGenerator.uvRects[i];textureUVs.Add(textureName, uvRect);}}public Rect GetTextureUV(string textureName){if (textureUVs.ContainsKey(textureName)){return textureUVs[textureName];}else{Debug.LogError("纹理名称不存在：" + textureName);return Rect.zero;}}
}

使用图集中的纹理示例

假设你有一个 2D 游戏，并且需要在精灵渲染器（SpriteRenderer）中使用图集中的纹理。以下是一个示例，展示如何使用 DynamicAtlasManager 获取纹理的 UV 坐标，并应用到精灵渲染器中：

using UnityEngine;public class SpriteFromAtlas : MonoBehaviour
{public DynamicAtlasManager atlasManager; // 引用动态图集管理器public string textureName; // 要使用的纹理名称void Start(){// 获取图集纹理Texture2D atlasTexture = atlasManager.atlasGenerator.atlasTexture;// 获取纹理的 UV 坐标Rect uvRect = atlasManager.GetTextureUV(textureName);// 创建一个新的精灵Sprite sprite = Sprite.Create(atlasTexture, new Rect(uvRect.x * atlasTexture.width, uvRect.y * atlasTexture.height, uvRect.width * atlasTexture.width, uvRect.height * atlasTexture.height), new Vector2(0.5f, 0.5f));// 应用精灵到精灵渲染器SpriteRenderer spriteRenderer = GetComponent<SpriteRenderer>();spriteRenderer.sprite = sprite;}
}

详细解释

DynamicAtlasManager：
- textureUVs：一个字典，用于存储纹理名称和对应的 UV 坐标。
- Start 方法：在开始时，将 DynamicAtlasGenerator 中的纹理名称和 UV 坐标存储到字典中。
- GetTextureUV 方法：提供一个方法，根据纹理名称获取对应的 UV 坐标。
SpriteFromAtlas：
- atlasManager：引用 DynamicAtlasManager，用于获取图集和 UV 坐标。
- textureName：要使用的纹理名称。
- Start 方法：在开始时，获取图集纹理和对应的 UV 坐标，创建一个新的精灵，并将其应用到精灵渲染器中。

总结

动态生成图集是一种有效的优化技术，可以减少纹理切换，提高渲染效率。通过收集纹理、创建图集、合并纹理和应用图集，可以在 Unity 中实现动态图集的生成和使用。通过管理器类，可以方便地管理和使用图集中的纹理，从而在游戏中实现高效的纹理管理和渲染。

动态生成图集性能问题

在 Unity 中动态生成图集虽然可以带来很多好处，但也可能引发一些性能问题。以下是一些常见的性能问题及其解决方案：

性能问题

图集生成时间：
- 动态生成图集需要时间，特别是当有大量纹理需要合并时，可能会导致明显的延迟。
- 解决方案：尽量在非关键帧或加载屏幕期间生成图集，避免在游戏运行时频繁生成图集。
内存占用：
- 动态生成图集会占用额外的内存，特别是当图集尺寸较大时。
- 解决方案：合理规划图集的尺寸，避免生成过大的图集。可以考虑将图集分割成多个较小的图集。
纹理上传到 GPU：
- 每次生成或更新图集后，需要将图集纹理上传到 GPU，这可能会导致性能瓶颈。
- 解决方案：尽量减少图集的更新频率，避免频繁上传纹理到 GPU。
纹理拼接和边缘问题：
- 在合并纹理时，可能会出现纹理拼接不当或边缘渗色的问题。
- 解决方案：在生成图集时添加适当的边距（padding），并使用纹理边缘扩展技术。

优化策略

预生成图集：
- 尽量在编辑器中预生成图集，而不是在运行时动态生成。可以使用 Unity 的 Sprite Packer 或第三方工具如 TexturePacker 来预生成图集。

异步生成图集：

如果必须在运行时生成图集，可以考虑使用异步方法来生成图集，避免阻塞主线程。

示例代码：

using UnityEngine;
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;public class AsyncDynamicAtlasGenerator : MonoBehaviour
{public List<Texture2D> textures;public int atlasWidth = 1024;public int atlasHeight = 1024;public int padding = 2;private Texture2D atlasTexture;private List<Rect> uvRects;void Start(){StartCoroutine(GenerateAtlasAsync());}IEnumerator GenerateAtlasAsync(){atlasTexture = new Texture2D(atlasWidth, atlasHeight, TextureFormat.RGBA32, false);uvRects = new List<Rect>();Color[] clearPixels = new Color[atlasWidth * atlasHeight];for (int i = 0; i < clearPixels.Length; i++){clearPixels[i] = Color.clear;}atlasTexture.SetPixels(clearPixels);int currentX = padding;int currentY = padding;int maxRowHeight = 0;foreach (Texture2D texture in textures){if (currentX + texture.width + padding > atlasWidth){currentX = padding;currentY += maxRowHeight + padding;maxRowHeight = 0;}if (currentY + texture.height + padding > atlasHeight){Debug.LogError("图集空间不足，无法容纳所有纹理");break;}atlasTexture.SetPixels(currentX, currentY, texture.width, texture.height, texture.GetPixels());Rect uvRect = new Rect((float)currentX / atlasWidth, (float)currentY / atlasHeight, (float)texture.width / atlasWidth, (float)texture.height / atlasHeight);uvRects.Add(uvRect);currentX += texture.width + padding;maxRowHeight = Mathf.Max(maxRowHeight, texture.height);yield return null; // 每次处理一个纹理后暂停，避免阻塞主线程}atlasTexture.Apply();}void OnGUI(){GUI.DrawTexture(new Rect(0, 0, atlasWidth, atlasHeight), atlasTexture);}
}

分块生成图集：

分块生成图集是一种将大图集分割成多个较小图集的方法，以减少单个图集的生成和更新时间。这种方法可以有效地管理内存和提高性能。

以下是一个示例代码，展示如何实现分块生成图集：

using UnityEngine;
using System.Collections.Generic;public class ChunkedAtlasGenerator : MonoBehaviour
{public List<Texture2D> textures; // 要合并的纹理列表public int chunkSize = 512; // 每个图集块的大小public int padding = 2; // 纹理之间的间距private List<Texture2D> atlasTextures; // 存储生成的图集块private List<List<Rect>> uvRectsList; // 存储每个图集块中纹理的 UV 坐标void Start(){GenerateChunkedAtlas();}void GenerateChunkedAtlas(){atlasTextures = new List<Texture2D>();uvRectsList = new List<List<Rect>>();int currentX = padding;int currentY = padding;int maxRowHeight = 0;Texture2D currentAtlas = CreateNewAtlas();List<Rect> currentUVRects = new List<Rect>();foreach (Texture2D texture in textures){if (currentX + texture.width + padding > chunkSize){// 换行currentX = padding;currentY += maxRowHeight + padding;maxRowHeight = 0;}if (currentY + texture.height + padding > chunkSize){// 当前图集块已满，创建新的图集块atlasTextures.Add(currentAtlas);uvRectsList.Add(currentUVRects);currentAtlas = CreateNewAtlas();currentUVRects = new List<Rect>();currentX = padding;currentY = padding;maxRowHeight = 0;}// 复制纹理到当前图集块currentAtlas.SetPixels(currentX, currentY, texture.width, texture.height, texture.GetPixels());// 记录纹理在当前图集块中的位置Rect uvRect = new Rect((float)currentX / chunkSize, (float)currentY / chunkSize, (float)texture.width / chunkSize, (float)texture.height / chunkSize);currentUVRects.Add(uvRect);// 更新当前填充位置currentX += texture.width + padding;maxRowHeight = Mathf.Max(maxRowHeight, texture.height);}// 添加最后一个图集块atlasTextures.Add(currentAtlas);uvRectsList.Add(currentUVRects);// 应用所有图集块foreach (var atlas in atlasTextures){atlas.Apply();}}Texture2D CreateNewAtlas(){Texture2D atlas = new Texture2D(chunkSize, chunkSize, TextureFormat.RGBA32, false);Color[] clearPixels = new Color[chunkSize * chunkSize];for (int i = 0; i < clearPixels.Length; i++){clearPixels[i] = Color.clear;}atlas.SetPixels(clearPixels);return atlas;}void OnGUI(){// 在屏幕上显示所有图集块for (int i = 0; i < atlasTextures.Count; i++){GUI.DrawTexture(new Rect(i * chunkSize, 0, chunkSize, chunkSize), atlasTextures[i]);}}
}

详细解释

创建新图集块：
- CreateNewAtlas 方法用于创建一个新的图集块，并初始化为透明。
生成分块图集：
- GenerateChunkedAtlas 方法遍历所有纹理，将它们逐个复制到当前图集块中。
- 如果当前图集块已满，则创建一个新的图集块，并继续复制剩余的纹理。
记录 UV 坐标：
- 每个纹理在图集块中的位置（UV 坐标）被记录下来，以便后续使用。
应用图集块：
- 调用 Apply 方法将所有的像素更改应用到每个图集块中。
显示图集块：
- 在 OnGUI 方法中，使用 GUI.DrawTexture 方法在屏幕上显示所有生成的图集块。