社区分享 | Unity Shader 变体指南

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首先引用官方对 Shader 的定义，下图：

以下为官方对 shader 变体定义的说明：

虽然 shader 变体解决了 shader 并行计算的问题，节省了性能开销，但是也带来了额外的问题。比如随着项目的 shader 越来越多，变体越来越多，导致内存直线增长，顺带着构建过程越来越久，也就是我们常说的变体爆炸。我们通过下图来直观的感受一下变体爆炸的威力：

你没有看错，如果不进行任何的变体收集和剔除，单单一个 urp 自带的 lit shader，变体数量就能达到 355W 个！如果开启选择 skip shader features 呢？如下图，竟也还有 6w 多个变体。

我们接着测试，把 Graphics 下 Shader Stripping 的剔除条件都关闭，再来看一下 lit shader 的变体数量，只剩 593 个了。

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构建完成后，我们可以在 Editor.log 文件中搜索 shader 变体的打包信息，可以直接在 log 中搜索 "Compiling shader"。

上述只是记录了打包的 shader 变体，为了了解在运行时实际为 GPU 编译了哪些着色器，可以在 Project Settings > Graphics 下启用 Log Shader Compilation 选项。

这将导致游戏在运行时会编译着色器变体显示在玩家日志中。它仅适用于开发版本和 Debug 模式，如工具提示中所述。如下图所示，在 android studio 中搜索 Compiled shader 可以看到进入场景时，编译的 shader 变体都有哪些：

最后，您可以使用 Memory Profiler 包在游戏运行时拍摄游戏的快照，然后大致了解内存中当前加载的着色器及其大小。按大小排序通常可以很好地指示哪些着色器引入的变体最多，并且值得优化。

现在 2021、2022、2023 的 LTS 版本另外还支持 Shader 变体的动态压缩，更灵活地控制 shader 内存。构建期间的数据块大小（以 MB 为单位）和在运行时为每个着色器同时保持解压缩的最大数据块数。这两个设置都可以全局配置，并针对每个平台进行覆盖。默认值为每个数据块 16 MB，数据块数量不受限制。如果是 0 个块则视为无限制。

如果将它们设为 Automatic，Unity 就可以根据构建中包含的场景来确定要剥离的变体。

如果您不确定自己正在使用哪些功能，还可以使用 Import from Current Scene 按钮让 Unity 找出您需要的功能。当然，仅当所有场景都使用相同的设置时，这才有用，因此请确保在使用此选项时选择代表性场景。

如果您使用的是 URP，则其中一些选项将被隐藏。相反，您可以直接在 Pipeline Settings （工作流设置） 资源中定义游戏所需的功能。例如，禁用 Terrain Holes 将导致所有 Terrain Holes Shader 变体被剥离，从而缩短构建时间。

URP 对要包含在游戏中的功能提供了更精细的控制，从而有可能产生更优化的版本和更少的未使用变体。

基于图形层的剥离

注意：这仅在使用 Built-in Render Pipeline 时相关。使用可编程渲染管道（如 URP）时，将忽略这些设置。

图形层用于根据运行游戏的硬件应用不同的图形设置（不要与 Quality Settings 混淆）。游戏启动时，Unity 将根据硬件功能、图形 API 和其他因素确定您的设备图形层。

可以在 Project Settings > Graphics > Tier Settings 中设置它们。

基于这些，Unity 会将以下三个关键字添加到所有着色器中：

UNITY_HARDWARE_TIER1

UNITY_HARDWARE_TIER2

UNITY_HARDWARE_TIER3

然后，它会为定义的每个图形层生成着色器变体。如果不使用图形层并希望避免使用它们的相关变体，则需要确保所有图形层都设置为完全相同的设置，以便 Unity 跳过这些变体。

如前所述，Unity 将尝试删除相同的重复变体，因此，例如，如果三个层中的两个具有相同的设置，这将导致磁盘大小减小，即使仍会生成所有变体。您可以选择强制 Unity 为给定的着色器和图形渲染器 API 生成层变体，使用如下所示hardware_tier_variants：

// Direct3D 11/12#pragma hardware_tier_variants d3d11

基于图形 API 的剥离，Unity 会为构建中包含的每个图形 API 编译一组着色器变体，因此在某些情况下，手动选择 API 并排除不需要的 API 是有益的。为此，请转到 Project Settings > Player。默认情况下，Auto Graphics API 处于选中状态，Unity 将包含一组内置图形 API，并在运行时根据设备功能选择一个。例如，在 Android 上，Unity 将首先尝试使用 Vulkan，如果设备不支持它，则引擎将回退到 GLES3.2、GLES3.1 或 GLES3.0（尽管这些 GLES 版本的变体是相同的）。相反，请为相关平台禁用 Auto Graphics API，并手动选择要包含的 API。然后，Unity 将优先考虑列表中的第一个 ID。

public class StripDebugVariantsPreprocessor : IPreprocessShaders{   public int callbackOrder => 0;
   ShaderKeyword keywordToStrip;
   public StripDebugVariantsPreprocessor()   {      keywordToStrip = new ShaderKeyword("DEBUG");   }

   public void OnProcessShader(Shader shader, ShaderSnippetData snippet, IList<ShaderCompilerData> data)   {      if (EditorUserBuildSettings.development)      {         return;      }
      for (int i = data.Count - 1; i >= 0; i--)      {         if (data[i].shaderKeywordSet.IsEnabled(keywordToStrip))         {            data.RemoveAt(i);         }      }   }}

当一个游戏对象的材质需要使用特定的着色器时，Unity 会确定所需的着色器变体。每个材质可能需要一个具体的变体，这取决于材质的属性和所启用的特性。着色器变体是由关键字（keywords）决定的。关键字可以开启或关闭特定的着色器代码块，生成不同的变体。每种关键字组合代表一个不同的变体。

SVC 是 Unity 提供的 shader 变体收集工具，使用 SVC 可以帮助我们灵活控制 shader 变体。

Shader Variant Collection 提供了优化着色器管理和性能的有效手段。它通过预编译、优化内存使用、提升构建和加载速度、提供更好的调试工具、增强控制和灵活性、减少冗余工作，以及改进整体性能，帮助开发者实现更高效、更流畅的游戏体验。

既然好处这么多，一旦项目中 Shader 体量过大，那么就很有必要来通过 SVC 控制项目当中的变体了，具体要怎么用呢？有 2 种办法（更推荐第 2 种）：

在编辑器中运行时，Unity 会记录场景中当前使用的着色器和变体，并允许将其导出到 SVC 中。可以 Project Settings>Graphics 。在底部，你会看到 "着色器加载 "部分，显示当前有多少个着色器处于活动状态。

确保事先点击 "清除 "以获得更准确的样本，然后进入 "播放 "模式并进入场景，确保遇到需要特定着色器的所有游戏元素。这将增加跟踪计数器。然后，按下 "保存到资产... "按钮，将所有这些保存到 Collections 资产中。

虽然这样做很方便，但根据我的经验，这样做也很容易出错。很难确保在一次游戏中遇到所有需要的变体，而且有些功能可能只能在特定情况下在设备上加载，因此列表并不一定准确。当游戏发生变化，关卡中添加了新元素或材质发生变化时，就需要更新这些 Collections。

https://github.com/tuyoogame/YooAsset

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