Unity GPU Instancing과 Draw Call 최적화

GPU Instancing이란

동일한 메시와 머티리얼을 가진 오브젝트를 하나의 Draw Call로 렌더링하는 기법입니다. CPU→GPU 통신 횟수를 줄여 CPU 병목을 해소합니다.

셰이더 설정

// Surface Shader에서 GPU Instancing 활성화
Shader "Custom/InstancedShader" {
    Properties { _Color("Color", Color) = (1,1,1,1) }
    SubShader {
        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Standard
        #pragma multi_compile_instancing  // 필수

        UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(Props)
            UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float4, _Color)
        UNITY_INSTANCING_BUFFER_END(Props)

        struct Input { float2 uv_MainTex; };

        void surf(Input IN, inout SurfaceOutputStandard o) {
            o.Albedo = UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props, _Color).rgb;
        }
        ENDCG
    }
}

머티리얼 인스펙터에서 Enable GPU Instancing 체크박스를 활성화합니다.

MaterialPropertyBlock으로 인스턴스별 색상

Material을 직접 수정하면 새 머티리얼이 생성되어 인스턴싱이 깨집니다. MaterialPropertyBlock을 사용하세요.

MaterialPropertyBlock _mpb;
MeshRenderer _renderer;

void Start() {
    _mpb = new MaterialPropertyBlock();
    _renderer = GetComponent<MeshRenderer>();
}

public void SetColor(Color color) {
    _mpb.SetColor("_Color", color);
    _renderer.SetPropertyBlock(_mpb);  // 머티리얼 공유 유지
}

Graphics.DrawMeshInstanced

GameObject 없이 메시를 대량으로 렌더링합니다.

public class InstancedRenderer : MonoBehaviour {
    [SerializeField] Mesh         mesh;
    [SerializeField] Material     material;
    [SerializeField] int          count = 1000;

    Matrix4x4[]        _matrices;
    MaterialPropertyBlock _mpb;
    static readonly int ColorID = Shader.PropertyToID("_Color");

    void Start() {
        _matrices = new Matrix4x4[count];
        var colors = new Vector4[count];
        _mpb = new MaterialPropertyBlock();

        var rand = new System.Random(42);
        for (int i = 0; i < count; i++) {
            _matrices[i] = Matrix4x4.TRS(
                new Vector3(rand.Next(-50, 50), 0, rand.Next(-50, 50)),
                Quaternion.Euler(0, rand.Next(360), 0),
                Vector3.one);
            colors[i] = new Vector4(
                (float)rand.NextDouble(), (float)rand.NextDouble(),
                (float)rand.NextDouble(), 1f);
        }
        _mpb.SetVectorArray(ColorID, colors);
    }

    void Update() {
        // DrawMeshInstanced는 최대 1023개
        for (int i = 0; i < count; i += 1023) {
            int batch = Mathf.Min(1023, count - i);
            var slice = new Matrix4x4[batch];
            System.Array.Copy(_matrices, i, slice, 0, batch);
            Graphics.DrawMeshInstanced(mesh, 0, material, slice, batch, _mpb);
        }
    }
}

Graphics.DrawMeshInstancedIndirect (무제한)

GPU 버퍼를 사용해 1023개 제한 없이 렌더링합니다.

ComputeBuffer _argsBuffer;
ComputeBuffer _dataBuffer;

void InitBuffers() {
    uint[] args = { mesh.GetIndexCount(0), (uint)count, 0, 0, 0 };
    _argsBuffer = new ComputeBuffer(1, args.Length * sizeof(uint),
        ComputeBufferType.IndirectArguments);
    _argsBuffer.SetData(args);

    _dataBuffer = new ComputeBuffer(count, sizeof(float) * 16);
    _dataBuffer.SetData(_matrices);
    material.SetBuffer("_DataBuffer", _dataBuffer);
}

void Update() {
    Graphics.DrawMeshInstancedIndirect(mesh, 0, material,
        new Bounds(Vector3.zero, Vector3.one * 1000), _argsBuffer);
}

void OnDestroy() {
    _argsBuffer?.Release();
    _dataBuffer?.Release();
}

SRP Batcher와의 관계

URP/HDRP에서는 SRP Batcher가 먼저 동작합니다.

조건	배칭 방식
동일 셰이더 변형	SRP Batcher (다른 머티리얼도 OK)
동일 메시 + 동일 머티리얼	GPU Instancing
정적 오브젝트	Static Batching

GPU Instancing은 동적 오브젝트(나무, 풀, 파티클 등)에 특히 효과적입니다.

정리

• 셰이더에 #pragma multi_compile_instancing + 머티리얼 설정 필수
• 인스턴스별 프로퍼티는 MaterialPropertyBlock으로 전달 (머티리얼 직접 수정 금지)
• DrawMeshInstanced는 최대 1023개, DrawMeshInstancedIndirect는 무제한
• SRP Batcher → GPU Instancing → Static Batching 순으로 우선 적용