摘要： Unity URP的紋理流送技術通過動態加載紋理的Mipmap層級優化顯存使用。傳統Mipmap會預加載所有層級（占用顯存為原始紋理的4/3倍），而流送技術根據物體與攝像機的距離，僅加載當前所需的層級，其他層級按需異步加載。GPU通過DDX/DDY計算UV變化率確定采樣層級，Unity維護紋理金字塔（14個層級）并動態管理顯存。該技術顯著降低顯存占用和帶寬壓力，消除遠距離物體的摩爾紋，適用于開放世界和移動端項目，但需注意額外磁盤空間和加載延遲問題。

【從UnityURP開始探索游戲渲染】專欄-直達

紋理流送技術，其核心在于動態加載紋理的 Mipmap 級別，而非一次性加載所有層級的紋理數據。傳統 Mipmap 會預生成并加載所有層級的紋理（從原始尺寸到最小尺寸），占用顯存為原始紋理的 4/3 倍。

Mipmap Streaming 優化機制：

?分級加載?：

• 根據物體與攝像機的距離，僅加載當前所需的 Mip 層級，其他層級按需從磁盤異步加載。

?DDX/DDY 計算?：

• GPU 通過內部值 DDX 和 DDY（基于像素的 UV 坐標變化率）動態決定采樣所需的 Mip 層級，匹配像素覆蓋的 Texel 大小。

?紋理金字塔管理?：

• Unity 維護一個紋理金字塔（14 個層級，最高支持 8192x8192），運行時僅激活必要的層級。

解決的問題

?顯存優化?：

• 避免一次性加載所有 Mip 層級，顯著降低顯存占用，尤其對移動端（如 HUAWEI P30 測試案例）和高分辨率紋理場景至關重要。

?帶寬效率?：

• 減少 GPU 帶寬壓力，僅傳輸可見層級的紋理數據，提升渲染性能。

?摩爾紋消除?：

• 通過動態匹配 Mip 層級，避免遠距離物體因像素與 Texel 不匹配產生的鋸齒和摩爾紋。

原理詳解

當物體遠離攝像機時主要流程：

• GPU 通過 DDX/DDY 計算當前像素覆蓋的 Texel 面積，選擇 Mip 10（512x512）。
• Unity 釋放更高層級的顯存（如 Mip 11-12），從磁盤按需加載更低層級（如 Mip 9）。
• 若物體突然靠近，高優先級層級的 Mip 會優先加載，避免視覺卡頓。

?Mip 層級選擇計算?

• GPU 通過 DDX/DDY 導數計算當前像素的 UV 變化率，推導出紋理采樣所需的理想 Mip 層級（記為 MipLevelideal）。例如，當物體遠離攝像機時，UV 變化率降低，MipLevelideal 值增大（選擇更低分辨率的層級）。

?層級動態加載與卸載?

• Unity 僅將 MipLevelideal 及其相鄰層級（如 ±1 級）加載到顯存，其他層級保留在磁盤。例如：
  • 若 MipLevelideal=4（對應 256x256 紋理），則加載 Mip 3-5 級，卸載其他層級。
  • 通過 Texture2D.streamingMipmaps 屬性可強制指定加載特定層級（如 MipLevelideal+2）。

?內存預算控制?

• 系統根據 QualitySettings.streamingMipmapsMemoryBudget 全局預算動態調整層級。若總紋理內存超限，自動降低非關鍵紋理的 Mip 層級（如將 MipLevelideal 強制偏移 +1）。

具體示例：開放世界地形紋理流送

假設場景中存在 2048x2048 的地形紋理（Mip 0-11 級），攝像機由近及遠移動：

• ?近距離階段?

  • 計算得 MipLevelideal=2（512x512），加載 Mip 1-3 級。
  • 顯存占用：5122 + 2562 + 10242（約 1.75MB）。

• ?中距離階段?

  • 攝像機拉遠，MipLevelideal 變為 5（64x64），卸載 Mip 1-3，加載 Mip 4-6。
  • 顯存降至 642 + 322 + 1282（約 24KB）。

• ?突發情況處理?

  若攝像機快速切近，通過 Texture.streamingMipmapPriority 提高優先級，強制預加載 Mip 0-2 級以避免卡頓。

關鍵 API 與配置

• ?紋理設置?：在 Inspector 中啟用 Streaming Mip Maps 并設置 Mip Map Priority（默認 0，范圍 -128 到 127）。

• ?代碼控制?：

  csharp
  // 強制某紋理使用 Mip 5 級
  Texture2D tex = GetComponent<Renderer>().material.mainTexture as Texture2D;
  tex.streamingMipmaps = true;
  tex.RequestMipLevel(5);// 異步加載
  

• ?攝像機覆蓋?：通過 Streaming Controller 組件設置 Mipmap Bias，全局偏移所有紋理的 MipLevelideal（如 +2 級以降低畫質）

紋理金字塔的共享機制

Unity 的紋理金字塔（Mipmap 層級）是?基于紋理資源本身維護的?，而非每個物體單獨維護。所有使用同一紋理的物體共享同一套紋理金字塔數據，運行時根據物體的屏幕空間覆蓋率和攝像機距離動態激活所需的 Mip 層級。

?資源級管理?

• 每個導入的紋理（如 2048x2048 的 PNG）在 Unity 中生成獨立的 Mipmap 金字塔（14 個層級）。這些層級存儲在磁盤和內存中，作為紋理資源的固有屬性，而非物體屬性。

?動態層級激活?

• GPU 通過 DDX/DDY 計算當前像素的 UV 變化率，推導出適合的 Mip 層級（如遠距離物體使用 Mip 5 級）。
• Unity 的 Mipmap Streaming 系統僅加載當前需要的層級（如 Mip 4-6），其他層級保留在磁盤或按需異步加載。

?顯存優化?

• 多個物體共享同一紋理時，顯存中僅存儲該紋理的激活層級。例如：
  • 物體 A 和 B 使用紋理 Tex_01，當前需 Mip 3 級，顯存僅保留 512x512 版本。
  • 物體 C 使用同一紋理但需 Mip 5 級，系統復用已有金字塔數據，無需重復加載。

示例場景分析

假設場景中有 100 個巖石模型共用同一 4K 紋理：

• ?未啟用 Streaming?：所有 14 個 Mip 層級（總計約 5.3MB）加載到顯存，無論物體遠近。
• ?啟用 Streaming?：
  • 近處巖石使用 Mip 2（1024x1024），遠處使用 Mip 6（256x256）。
  • 顯存僅保留 Mip 2-4 和 Mip 5-7，其他層級卸載，總占用降至 1.2MB。

性能影響與配置

• ?全局控制參數?：QualitySettings.streamingMipmapsMemoryBudget 限制所有紋理的流送內存總和，超限時自動降低非關鍵紋理的層級。
• ?優先級設置?：通過 Texture.mipMapPriority 調整紋理加載順序，確保重要紋理（如角色貼圖）優先獲取高精度層級。

這種設計避免了重復資源存儲，同時通過動態流送優化顯存和帶寬

使用場景與限制

適用場景

• ?開放世界或大場景?：遠處物體自動使用低分辨率 Mip 層級，減少不必要的細節加載。
• ?移動端項目?：顯存和帶寬受限的設備（如 Unity 測試案例中的 HUAWEI P30）。
• ?高分辨率紋理?：如 4K/8K 紋理，傳統全加載方式顯存消耗過大。

限制

• ?內存額外開銷?：需存儲所有 Mip 層級到磁盤，占用約 33% 額外空間。
• ?加載延遲風險?：動態流送可能導致遠處物體短暫顯示低清紋理（需優化加載優先級）。
• ?UI 紋理不適用?：UI 元素通常需保持高清，關閉 Mipmap 更高效。

具體示例與實現

示例 1：基礎配置

在 Unity URP 中啟用 Mipmap Streaming：

• ?紋理導入設置?：勾選 Generate Mip Maps 和 Streaming Mipmaps，設置 Mip Map Priority（優先級越高越早加載）。
• ?代碼控制?：通過 Texture.streamingMipmaps API 動態啟用/禁用流送。

示例 2：性能對比

• ?未啟用 Streaming?：2048x2048 紋理加載所有 12 個 Mip 層級（顯存占用約 5.3MB）。
• ?啟用 Streaming?：僅加載 Mip 10（512x512）時顯存占用降至 0.8MB，隨距離變化動態加載其他層級。

總結

Mipmap Streaming 通過動態管理紋理金字塔，平衡了顯存占用與渲染質量，是 URP 管線中優化大規模場景的關鍵技術。其核心優勢在于按需加載，但需注意磁盤空間和加載延遲的權衡

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