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Unity Shader资源（二）项目措置

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发表于 2024-7-15 18:34 | 显示全部楼层 |阅读模式
一、 打包与变体收集

之前章节介绍了Shader变体的生成原因，为了让项目能够正常流畅运行，就需要考虑运行时的Shader资源打包问题。首先需要保证Shader变体不会丢掉，其次包体要尽可能小。对于Shader资源的打包很容易想到以下几种方案
生成方式长处错误谬误
Shader跟随Material不会丢掉变体极大增加资源冗余
Shader单独打包，全部使用multi_compile不会丢掉变体存在不用的变体
Shader单独打包，自主收集变体信息极简的包体容易丢掉包体
出于性能考虑，凡是会选择第三种方案，收集变体数据就是此中关键。常见的思路就是遍历所有打包资源，提取所有Scene、Prefab所引用的Material对其进行变体收集。ShaderVariantCollection除了能够保证变体数据不会丢掉，凡是还会在游戏启动时进行WarmUp。因此最好将mutli的变体数据也写入此中。（打包Shader时不需要手动引用HLSL文件，打包编译Shader时Unity会自动措置）
思路理清楚了，下面就是实现问题了。在Unity 2022中引入了Material Variants，能够便利得措置变体收集。但在之前的版本只能在了解源码的情况下，使用反射获取Unity内置方式来措置。
只给到关键的Material收集数据方式。核心思路是收集所有变体数据后，将材质的keyword与Shader的keyword求交集。Material中的Keyword可能并不是Shader中使用的（凡是由于切换Shader、Toogle生成当地Keyword造成），因此需要进行过滤。
  1.     //shader数据的缓存
  2.     static Dictionary<string, ShaderData> ShaderDataDict = new Dictionary<string, ShaderData>();
  4.     static Dictionary<string, List<ShaderVariantCollection.ShaderVariant>> ShaderVariantDict = new Dictionary<string, List<ShaderVariantCollection.ShaderVariant>>();
  6.     //添加Material计算
  7.     static List<string> passShaderList = new List<string>();
  8.     static MethodInfo GetShaderVariantEntries = null;
  9.     public struct ShaderVariantData
  10.     {
  11.         public int[] passTypes;
  12.         public string[] keywordLists;
  13.         public string[] remainingKeywords;
  14.     }
  16.     /// <summary>
  17.     /// 收集单个材质
  18.     /// </summary>
  19.     /// <param name=”curMat”></param>
  20.     static void AddToDict(Material curMat)
  21.     {
  22.         Shader shader = curMat.shader;
  23.         if (!curMat || !curMat.shader) return;
  25.         string shaderName = shader.name;
  26.         if (!ShaderDataDict.TryGetValue(shaderName, out ShaderData sd))
  27.         {
  28.             sd = GetShaderKeywords(shader);
  29.             ShaderDataDict[shaderName] = sd;
  30.         }
  32.         var passTypes = sd.PassTypes;
  33.         if (!ShaderVariantDict.TryGetValue(shaderName, out var svlist))
  34.         {
  35.             svlist = new List<ShaderVariantCollection.ShaderVariant>();
  36.             ShaderVariantDict[shaderName] = svlist;
  37.         }
  39.         // 过滤有效keywords
  40.         List<string> voildkeywords = new List<string>();
  41.         List<string> allkeywords = new List<string>();
  42.         foreach (string keyword in curMat.shaderKeywords)
  43.         {
  44.             foreach (var KeyWords in sd.KeyWords)
  45.             {
  46.                 allkeywords = allkeywords.Union(KeyWords).ToList();
  47.                 if (KeyWords.Contains(keyword) && !voildkeywords.Contains(keyword))
  48.                     voildkeywords.Add(keyword);
  49.             }
  50.         }
  51.         Debug.Log($”Shader:{curMat.shader.name}\n\rallkeywords:{allkeywords.ListToString(” ”)}\n\rvoildkeywords:{voildkeywords.ListToString(” ”)}”);
  53.         // 材质与Shader的keyword求交
  54.         foreach (PassType o in Enum.GetValues(typeof(PassType)))
  55.         {
  56.             var pt = o;
  57.             ShaderVariantCollection.ShaderVariant? sv = null;
  58.             try
  59.             {
  60.                 if (curMat.shaderKeywords.Length > 0)
  61.                 {
  62.                     sv = new ShaderVariantCollection.ShaderVariant(shader, pt, curMat.shaderKeywords);
  63.                 }
  64.                 else
  65.                 {
  66.                     sv = new ShaderVariantCollection.ShaderVariant(shader, pt);
  67.                 }
  68.             }
  69.             catch (Exception e)
  70.             {
  71.                 //Debug.LogErrorFormat(”{0}-当前shader不存在变体（可以无视）:{1}-{2}”, curMat.name, pt, JsonMapper.ToJson(curMat.shaderKeywords));
  72.                 continue;
  73.             }
  75.             //判断sv 是否存在,不存在则添加
  76.             if (sv != null)
  77.             {
  78.                 bool isContain = false;
  79.                 var _sv = (ShaderVariantCollection.ShaderVariant)sv;
  80.                 foreach (var val in svlist)
  81.                 {
  82.                     if (val.passType == _sv.passType && System.Linq.Enumerable.SequenceEqual(val.keywords, _sv.keywords))
  83.                     {
  84.                         isContain = true;
  85.                         break;
  86.                     }
  87.                 }
  89.                 if (!isContain)
  90.                 {
  91.                     svlist.Add(_sv);
  92.                 }
  93.             }
  94.         }
  95.     }
  97.     /// <summary>
  98.     /// 获取所有Shader变体数据
  99.     /// </summary>
  100.     static void GetShaderVariantEntriesFiltered(Shader shader, string[] filterKeywords, out int[] passTypes, out string[][] keywordLists, out string[] remainingKeywords)
  101.     {
  102.         //2019.3接口
  103.         //            internal static void GetShaderVariantEntriesFiltered(
  104.         //                Shader                  shader,                     0
  105.         //                int                     maxEntries,                 1
  106.         //                string[]                filterKeywords,             2
  107.         //                ShaderVariantCollection excludeCollection,          3
  108.         //                out int[]               passTypes,                  4
  109.         //                out string[]            keywordLists,               5
  110.         //                out string[]            remainingKeywords)          6
  111.         if (GetShaderVariantEntries == null)
  112.         {
  113.             GetShaderVariantEntries = typeof(ShaderUtil).GetMethod(”GetShaderVariantEntriesFiltered”, BindingFlags.NonPublic | BindingFlags.Static);
  114.         }
  116.         passTypes = new int[] { };
  117.         keywordLists = new string[][] { };
  118.         remainingKeywords = new string[] { };
  119.         if (toolSVC != null)
  120.         {
  121.             var _passtypes = new int[] { };
  122.             var _keywords = new string[] { };
  123.             var _remainingKeywords = new string[] { };
  124.             object[] args = new object[] { shader, 1024, filterKeywords, toolSVC, _passtypes, _keywords, _remainingKeywords };
  125.             GetShaderVariantEntries.Invoke(null, args);
  127.             var passtypes = args[4] as int[];
  128.             passTypes = passtypes;
  129.             //key word
  130.             keywordLists = new string[passtypes.Length][];
  131.             var kws = args[5] as string[];
  132.             for (int i = 0; i < passtypes.Length; i++)
  133.             {
  134.                 keywordLists[i] = kws[i].Split(&#39; &#39;);
  135.             }
  137.             //Remaning key word
  138.             var rnkws = args[6] as string[];
  139.             remainingKeywords = rnkws;
  140.         }
  141.     }
复制代码


二、 Shader变体剔除

2.1 Editor Shader Stripping



默认情况下，Unity会对没有使用Shader变体进行剔除，若某些变体是运行时代码措置的（代码开启keyword，但建议这种情况不要使用feature），这样在打包时可能就会呈现变体丢掉问题。
Unity对于Shader变体区分了三种情况Lightmap、Fog、以及其它。对于Lightmap、Fog给出更加细致的剔除设置。其它的Shader变体也给到了三种措置方式：Strip Unused（默认）、Strip All（剔除所有变体）、 Keep All（保留所有变体），凡是这部门不用改动。


2.2 Script Shader Stripping

构建Shader会将Shader变体数据传入IPreprocessShaders.OnProcessShader，可以按照keyword手动剔除不想使用的变体，这样可以减少编译时间和包体大小。分歧项目的都有各自的需求，官方给到一个例子：按照方针平台设置决定是否启用某些keyword，某些效果是用来查看衬着数据的就可以这样操作。
  1. using System.Collections.Generic;
  2. using UnityEditor;
  3. using UnityEngine;
  4. using UnityEngine.Rendering;
  5. using UnityEditor.Build;
  6. using UnityEditor.Rendering;
  8. class ShaderDebugBuildPreprocessor : IPreprocessShaders
  9. {
  10.     ShaderKeyword m_KeywordToStrip;
  12.     public ShaderDebugBuildPreprocessor()
  13.     {
  14.         m_KeywordToStrip = new ShaderKeyword(”DEBUG”);
  15.     }
  17.     // Use callbackOrder to set when Unity calls this shader preprocessor. Unity starts with the preprocessor that has the lowest callbackOrder value.
  18.     public int callbackOrder { get { return 0; } }
  20.     public void OnProcessShader(
  21.         Shader shader, ShaderSnippetData snippet, IList<ShaderCompilerData> data)
  22.         {
  24.         for (int i = 0; i < data.Count; ++i)
  25.         {
  26.             if (data[i].shaderKeywordSet.IsEnabled(m_KeywordToStrip) && !EditorUserBuildSettings.development)
  27.             {
  28.                 var foundKeywordSet = string.Join(” ”, data[i].shaderKeywordSet.GetShaderKeywords());
  29.                 Debug.Log(”Found keyword DEBUG in variant ” + i + ” of shader ” + shader);
  30.                 Debug.Log(”Keyword set: ” + foundKeywordSet);
  31.                 data.RemoveAt(i);
  32.                 --i;
  33.             }
  34.         }
  35.     }
  36. }
复制代码
三、 优化建议

将不需要的Shader变体从编译中剔除（Strip）能够优化项目性能。如果剔除了运行时需要的变体，Unity会加载较为接近的变体。为了避免变体被不测剔除，需要注意以下几点：

  • 使用shader_feature声明的宏，不要在运行时对其进行控制（建议查抄所有cs中措置的keyword，有些坑很难在Frame Debug中发现 ）
  • 可以使用ShaderVariantCollection对Shader变体进行收集，并一起打包，避免变体被丢弃。
  • 同一KeyWord在分歧Pass中要统必然义方式
在声明宏时，需要注意以下几点以优化变体：

  • shader_feature按照资源引用进行变体收集，对比 multi_compile有更少的变体。功能允许的情况下，优先使用shader_feature
  • 不要定义未使用的keyword
  • 针对shader stage声明宏
  • 可以使用preprocessor macros针对分歧方针平台进行措置
  1. #if SHADER_API_DESKTOP
  2.    #pragma multi_compile SHADOWS_LOW SHADOWS_HIGH
  3.    #pragma multi_compile REFLECTIONS_LOW REFLECTIONS_HIGH
  4.    #pragma multi_compile CAUSTICS_LOW CAUSTICS_HIGH
  5. #elif SHADER_API_MOBILE
  6.    #pragma multi_compile QUALITY_LOW QUALITY_HIGH
  7.    #pragma shader_feature CAUSTICS // Uses shader_feature, so Unity strips variants that use CAUSTICS if there are no Materials that use the keyword at build time.
  8. #endif
复制代码

  • 开启Shader变体的强制匹配，便于发现Shader变体丢掉问题：PlayerSettings.strictShaderVariantMatching
  • 启动时执行变体预热，避免初度加载Shader时造成卡顿体验（新版本才有异步接口，略坑）
  • 技术条件允许的情况下，不要使用Unity内置的尺度Shader，例如”Universal Render Pipeline/Lit”之类的，变体数量极大。

参考


  • Shaders core concepts
  • Shader Stripping
  • 【Unity3D】Shader变体打点流程-变体剔除
  • 【Unity3D】Shader变体打点流程2-变体收集
  • 张鑫：一种Shader变体收集和打包编译优化的思路
  • lfh：Unity SVC的一种收集方案

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