Unity3D Shader变体自定义组合压缩方案详解

前言

在Unity3D中，Shader变体（Shader Variants）是指根据不同条件生成的Shader版本。这些条件可以包括材质属性、光照模型、阴影选项、渲染队列、纹理类型等。Shader变体允许开发者为同一Shader提供多种实现方式，以满足不同的渲染需求。然而，过多的变体可能导致内存占用增加和加载时间延长，因此优化Shader变体变得尤为重要。本文将详细介绍一种自定义组合压缩方案，以减少Shader变体的数量和内存占用。

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技术详解

1. Shader变体生成条件
   Shader变体的生成通常基于以下几个条件：

• 材质属性：不同的材质属性（如颜色、纹理、金属度、粗糙度等）会导致不同的Shader变体。
• 光照模型：不同的光照模型（如漫反射、镜面反射、全局光照等）会生成不同的变体。
• 阴影选项：是否启用阴影、阴影类型等设置会影响变体的生成。
• 渲染队列：不同的渲染队列（如透明、Opaque）会导致不同的Shader变体。
• Shader特性：使用#pragma multi_compile或#pragma shader_feature指令定义的特性会生成相应的变体。

1. Shader变体生成方式

• #pragma multi_compile：用于生成多个变体，它会为每个可能的组合生成变体，适用于需要在多个条件下使用的Shader。但这种方式会生成大量不必要的变体，增加内存占用。
• #pragma shader_feature：用于生成特定的变体，只有在使用了该特性的材质上才会生成变体，未使用的特性不会生成变体，从而减少内存占用。

1. 自定义组合压缩方案
   为了优化Shader变体，本文提出了一种自定义组合压缩方案，该方案的核心思想是使用#pragma shader_feature替换#pragma multi_compile，并通过配置形式组合变体的排斥关系，从而减少不必要的变体组合。具体步骤如下：

• 替换指令：将Shader文件中所有的#pragma multi_compile指令替换为#pragma shader_feature指令。
• 配置排斥关系：在Shader文件的结尾，配置哪些变体原本是multi_compile的，以及它们的排斥关系（即哪些变体不能一起打包）。
• 收集变体：在构建时，收集所有材质球，根据当前材质球使用到的shader_feature变体，读取对应Shader文件结尾处的排斥规则和变体配置，枚举出所有真正需要组合的变体，塞入变体列表中。

代码实现

以下是一个简单的Shader代码示例，展示了如何使用#pragma shader_feature指令和配置变体排斥关系：

	Shader "Custom/CompressedShader"
	{
	Properties
	{
	_MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
	_Color ("Color", Color) = (1,1,1,1)
	_DetailMulX2 ("Detail Multiply by 2", Float) = 0
	_NormalMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {}
	}
	SubShader
	{
	Tags { "RenderType"="Opaque" }
	LOD 200
	CGPROGRAM
	#pragma surface surf Standard fullforwardshadows
	#pragma shader_feature _DETAIL_MULX2 _NORMALMAP
	sampler2D _MainTex;
	sampler2D _NormalMap;
	float4 _Color;
	float _DetailMulX2;
	struct Input
	{
	float2 uv_MainTex;
	float2 uv_NormalMap;
	};
	void surf (Input IN, inout SurfaceOutputStandard o)
	{
	fixed4 c = tex2D (_MainTex, IN.uv_MainTex) * _Color;
	#if _DETAIL_MULX2
	c.rgb *= 2.0;
	#endif
	#if _NORMALMAP
	o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap, IN.uv_NormalMap));
	#endif
	o.Albedo = c.rgb;
	o.Alpha = c.a;
	}
	ENDCG
	}
	FallBack "Diffuse"
	}

在上面的示例中，我们使用了#pragma shader_feature指令来定义两个特性：_DETAIL_MULX2和_NORMALMAP。这些特性将在需要时生成相应的变体，而不会生成不必要的组合。

此外，我们还需要在构建时收集所有材质球，并根据当前材质球使用到的特性，读取Shader文件结尾处的排斥规则和变体配置，以枚举出所有真正需要组合的变体。这通常涉及到编写自定义的编辑器脚本或使用Unity提供的Shader Variant Collection工具来管理Shader变体。

结论

通过自定义组合压缩方案，我们可以有效地减少Unity3D中Shader变体的数量和内存占用。该方案的核心思想是使用#pragma shader_feature指令替换#pragma multi_compile指令，并通过配置形式组合变体的排斥关系。通过这种方法，我们可以根据实际需求生成必要的变体，同时避免生成不必要的变体组合，从而提高性能和开发效率。

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