Unity项目中通过C++原生插件拷贝纹理至主内存以规避GC频繁触发

刚好做过类似的需求，给你一套完整的实现方案，解决Texture2D.GetRawTextureData()每帧触发GC的问题：

要避免频繁内存分配，核心是预先分配一块固定大小的非托管内存缓冲区，每帧只将纹理数据拷贝到这块缓冲区中，而不是每次都新建数组。我们通过Unity的原生插件接口直接从GPU纹理映射到CPU可访问内存，跳过托管内存的频繁分配。

1. Unity C# 端代码 #

负责预分配非托管内存、调用原生插件函数，以及在生命周期结束时释放内存：

using System;
using System.Runtime.InteropServices;
using UnityEngine;

public class TextureNativeCopier : MonoBehaviour
{
    [DllImport("YourNativePlugin")] // 替换成你的插件名（比如Windows下是YourNativePlugin.dll）
    private static extern void CopyTextureToNativeBuffer(IntPtr nativeTexPtr, IntPtr destBuffer, int bufferSize);

    private IntPtr _nativeBuffer;
    private int _textureDataSize;
    private Texture2D _targetTexture;

    void Start()
    {
        // 获取目标纹理（这里以材质的主纹理为例，你可以替换成自己的纹理）
        _targetTexture = GetComponent<Renderer>().material.mainTexture as Texture2D;
        if (_targetTexture == null)
        {
            Debug.LogError("Target texture is missing or not a Texture2D!");
            return;
        }

        // 计算纹理数据总大小（根据纹理格式动态计算字节数）
        int bytesPerPixel = GetBytesPerPixel(_targetTexture.format);
        _textureDataSize = _targetTexture.width * _targetTexture.height * bytesPerPixel;

        // 预分配非托管内存（不会触发GC）
        _nativeBuffer = Marshal.AllocHGlobal(_textureDataSize);
    }

    void Update()
    {
        if (_targetTexture == null || _nativeBuffer == IntPtr.Zero) return;

        // 调用原生插件拷贝纹理数据到预分配缓冲区
        CopyTextureToNativeBuffer(_targetTexture.GetNativeTexturePtr(), _nativeBuffer, _textureDataSize);

        // （可选）如果需要在C#端处理数据，再从非托管缓冲区拷贝到托管数组
        // 注意：尽量减少这一步，因为拷贝会有开销，能在C++端处理就直接在C++做
        byte[] managedData = new byte[_textureDataSize];
        Marshal.Copy(_nativeBuffer, managedData, 0, _textureDataSize);
        // 这里添加你的数据处理逻辑...
    }

    void OnDestroy()
    {
        // 必须释放非托管内存，避免泄漏
        if (_nativeBuffer != IntPtr.Zero)
        {
            Marshal.FreeHGlobal(_nativeBuffer);
            _nativeBuffer = IntPtr.Zero;
        }
    }

    // 辅助函数：根据纹理格式计算每个像素的字节数
    private int GetBytesPerPixel(TextureFormat format)
    {
        return format switch
        {
            TextureFormat.RGBA32 => 4,
            TextureFormat.RGB24 => 3,
            TextureFormat.R16 => 2,
            TextureFormat.RFloat => 4,
            TextureFormat.RGBAHalf => 8,
            // 其他格式自行补充
            _ => 4
        };
    }
}

2. C++ 原生插件代码 #

需要引入Unity的UnityRendering.h头文件（可以在Unity安装目录的Editor/Data/PluginAPI/路径下找到），通过Unity提供的渲染接口映射纹理并拷贝数据：

#include "UnityRendering.h"
#include <cstring>

// 导出函数给Unity调用，必须用extern "C"避免名字修饰
extern "C" void UNITY_INTERFACE_EXPORT UNITY_INTERFACE_API
CopyTextureToNativeBuffer(void* nativeTexPtr, void* destBuffer, int bufferSize)
{
    // 将Unity传入的原生纹理指针转为UnityRenderingTexture结构体
    UnityRenderingTexture* texture = static_cast<UnityRenderingTexture*>(nativeTexPtr);
    
    // 映射纹理到CPU可访问内存（只读模式）
    void* textureData = UnityRenderingTextureMap(texture, kUnityRenderingTextureAccess_ReadOnly);
    if (textureData != nullptr)
    {
        // 拷贝纹理数据到预分配的缓冲区
        memcpy(destBuffer, textureData, bufferSize);
        
        // 必须解除映射，否则GPU无法正常访问该纹理
        UnityRenderingTextureUnmap(texture);
    }
}

• 纹理可读权限：确保你的Texture2D在创建时勾选了Read/Write Enabled，否则无法映射到CPU内存。如果是RenderTexture，需要设置enableRandomWrite或者改用异步读取方案。
• 格式匹配：一定要确保C#端计算的bufferSize和纹理实际格式一致，否则会出现拷贝越界或数据错误。
• 线程安全：上述代码是在主线程的Update中调用的，是安全的。如果要在异步线程处理，需要额外做同步处理，或者改用Unity的AsyncGPUReadback接口配合原生插件。
• 内存泄漏：务必在OnDestroy中释放非托管内存，否则会持续占用系统内存。

• 减少托管/非托管拷贝：如果你的数据处理逻辑可以放在C++中完成，直接在原生插件里处理destBuffer的数据，不用再拷贝回C#的托管数组，能大幅减少开销。
• 异步读取：如果项目使用Unity 2019及以上版本，可以结合AsyncGPUReadback.Request实现异步纹理读取，避免阻塞主线程，进一步提升帧率。
• 压缩纹理处理：如果使用了压缩纹理格式（如ETC2、ASTC），UnityRenderingTextureMap会自动返回解压后的数据，但性能会有损耗。如果追求极致性能，建议将纹理转为非压缩格式（如RGBA32）再处理。

内容的提问来源于stack exchange，提问作者Jan Discart