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id: wiki-2026-0508-draw-call-optimization
title: Draw Call Optimization
category: 10_Wiki/Topics
status: verified
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aliases: [Batching, Instancing, GPU Draw Reduction]
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tags: [graphics, gpu, performance, webgl, webgpu]
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last_reinforced: 2026-05-10
github_commit: pending
tech_stack:
  language: TypeScript
  framework: WebGPU
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# Draw Call Optimization

## 매 한 줄
> **"매 CPU→GPU command submission 의 의 minimize 의 — 의 frame budget 의 dominant cost"**. 의 each draw call 의 의 driver overhead (state validation, command translation) 의 incur. 2026 의 WebGPU 의 매 explicit 의 design 의 의 batching 의 essential 의.

## 매 핵심

### 매 cost 의 source
- 의 driver state validation (shader, buffer, texture binding).
- 의 command buffer 의 translation 의 GPU-specific ISA.
- 의 GPU 의 의 pipeline switch (cache miss, warp reorganize).

### 매 reduction 의 strategy
- **Batching**: 의 same-state object 의 single draw 의 의 merge.
- **Instancing**: 의 same mesh 의 N copy 의 single 의 draw call 의 issue.
- **Texture atlas**: 의 multiple texture 의 의 single 의 의 — 의 binding 의 reduce.
- **Indirect draw**: 의 GPU 의 의 self-issue 의 의 — CPU 의 의 idle.
- **Bindless / large bind group**: 의 binding 의 의 amortize.

### 매 응용
1. UI rendering (의 button 의 thousand 의 single draw).
2. Particle system (의 instancing 의 의 millions).
3. Tilemap (atlas + instancing).
4. Foliage / crowd (의 GPU instancing).
5. Game world chunk (의 batching 의 의 static mesh).

## 💻 패턴

### Three.js BatchedMesh
```ts
import * as THREE from "three";

const batched = new THREE.BatchedMesh(1024, 60_000, 90_000, material);
const cubeGeom = new THREE.BoxGeometry();
const id = batched.addGeometry(cubeGeom);

for (let i = 0; i < 1024; i++) {
  const inst = batched.addInstance(id);
  const m = new THREE.Matrix4().setPosition(Math.random() * 100, 0, Math.random() * 100);
  batched.setMatrixAt(inst, m);
}
scene.add(batched);
// 매 single draw call 의 1024 cube
```

### InstancedMesh
```ts
const geom = new THREE.SphereGeometry(0.5);
const mesh = new THREE.InstancedMesh(geom, material, 10_000);
const m = new THREE.Matrix4();
for (let i = 0; i < 10_000; i++) {
  m.setPosition(Math.random() * 200 - 100, 0, Math.random() * 200 - 100);
  mesh.setMatrixAt(i, m);
}
mesh.instanceMatrix.needsUpdate = true;
```

### WebGPU instanced draw
```ts
const pass = encoder.beginRenderPass(passDesc);
pass.setPipeline(pipeline);
pass.setBindGroup(0, sceneBindGroup);
pass.setVertexBuffer(0, vertexBuffer);
pass.setVertexBuffer(1, instanceBuffer);  // per-instance data
pass.setIndexBuffer(indexBuffer, "uint32");
pass.drawIndexed(indexCount, instanceCount);
pass.end();
```

### WebGPU indirect draw (GPU 의 self-issue)
```ts
const indirectBuffer = device.createBuffer({
  size: 16,  // [vertexCount, instanceCount, firstVertex, firstInstance]
  usage: GPUBufferUsage.INDIRECT | GPUBufferUsage.STORAGE,
});

// 의 compute shader 의 의 indirectBuffer 의 의 fill (e.g. frustum cull)
pass.drawIndirect(indirectBuffer, 0);
```

### Texture atlas (UV 의 sub-region)
```glsl
// fragment shader
uniform sampler2D atlas;
uniform vec4 uvRect;  // x, y, w, h

void main() {
  vec2 uv = uvRect.xy + v_uv * uvRect.zw;
  outColor = texture(atlas, uv);
}
```

### Sort 의 의 state-change minimize
```ts
// 의 draw 의 의 material 의 의 sort
drawables.sort((a, b) => {
  if (a.materialId !== b.materialId) return a.materialId - b.materialId;
  if (a.meshId     !== b.meshId)     return a.meshId - b.meshId;
  return a.depth - b.depth;
});
```

### UI batching (single quad mesh)
```ts
// 의 each UI element 의 의 quad 의 의 single VBO 의 의 append
class UIBatcher {
  vertices = new Float32Array(4096 * 4 * 5);  // x, y, u, v, color
  count = 0;

  pushQuad(x: number, y: number, w: number, h: number, uv: UVRect, color: number) {
    const v = this.vertices;
    const o = this.count * 20;
    v[o+0]=x;     v[o+1]=y;     v[o+2]=uv.x;       v[o+3]=uv.y;       v[o+4]=color;
    v[o+5]=x+w;   v[o+6]=y;     v[o+7]=uv.x+uv.w;  v[o+8]=uv.y;       v[o+9]=color;
    v[o+10]=x+w;  v[o+11]=y+h;  v[o+12]=uv.x+uv.w; v[o+13]=uv.y+uv.h; v[o+14]=color;
    v[o+15]=x;    v[o+16]=y+h;  v[o+17]=uv.x;      v[o+18]=uv.y+uv.h; v[o+19]=color;
    this.count++;
  }

  flush(pass: GPURenderPassEncoder) {
    device.queue.writeBuffer(this.vbo, 0, this.vertices, 0, this.count * 20);
    pass.setVertexBuffer(0, this.vbo);
    pass.draw(6 * this.count);  // 매 single call
    this.count = 0;
  }
}
```

### Frustum cull (CPU)
```ts
function cull(objects: Drawable[], camera: Camera): Drawable[] {
  const frustum = camera.frustum;
  return objects.filter((o) => frustum.intersects(o.worldBounds));
}
```

### GPU-driven cull (compute)
```wgsl
@compute @workgroup_size(64)
fn cullCS(@builtin(global_invocation_id) gid: vec3u) {
  let i = gid.x;
  if (i >= arrayLength(&instances)) { return; }
  let inst = instances[i];
  if (frustumIntersects(inst.bounds, frustum)) {
    let slot = atomicAdd(&drawCount, 1u);
    visibleInstances[slot] = inst;
  }
}
```

## 매 결정 기준
| 상황 | Approach |
|---|---|
| Same mesh, many copy | InstancedMesh (instancing) |
| Different mesh, same material | BatchedMesh (geometry merge) |
| UI / 2D | Sprite batcher + atlas |
| Static scene | Pre-merge geometry at build time |
| Dynamic LOD / cull | GPU indirect draw + compute cull |
| Mobile / tile | Reduce binding, atlas, instancing |

**기본값**: instancing 의 first, batching 의 second, indirect/compute 의 last.

## 🔗 Graph
- 부모: [[GPU Pipeline]] · [[Real-Time Rendering]]
- 변형: [[Instancing]] · [[Batching]] · [[Indirect Draw]]
- Adjacent: [[Texture Atlas]] · [[GPU-driven Rendering]] · [[Frustum Culling]]

## 🤖 LLM 활용
**언제**: 의 frame time 의 의 CPU-bound 의 (draw call > 1000), GPU-driven culling, atlas 설계.
**언제 X**: 의 매 GPU-bound 의 (fragment-heavy) — 의 다른 의 axis 의 (overdraw, shader complexity) 의 attack.

## ❌ 안티패턴
- **One mesh per object**: 의 10,000 entity 의 = 의 10,000 draw — 매 disaster.
- **Per-frame buffer recreate**: 의 GC pressure + 의 driver overhead.
- **Random material switch**: state thrash — 매 sort 의 의 by material first.
- **Premature GPU-driven**: 의 CPU 의 매 not bottleneck 의 시 의 — 매 added complexity.

## 🧪 검증 / 중복
- Verified (WebGPU spec, Three.js BatchedMesh r167+, Unreal/Unity rendering docs, GPU Gems, RenderDoc analysis).
- 신뢰도 A.

## 🕓 Changelog
| 날짜 | 변경 |
|---|---|
| 2026-05-08 | Phase 1 |
| 2026-05-10 | Manual cleanup — instancing + indirect + UI batcher 추가 |