Unity SRP自定义渲染管线 -- 2.Custom Shaders
本章将接着上一篇文章，在初步实现一个渲染管线后来创建自定义的shader。上一篇文章的链接
https://blog.csdn.net/yinfourever/article/details/90516602。在本章中，将完成以下内容：
- 写一个HLSL Shader
- 定义constant buffer（常量缓冲区）
- 使用 Render Pipeline Core Library
- 支持动态合批和GPU instancing
本章最后实现的效果如下图，多个不同颜色球体，只需要一个draw call
256个球体，只需要一个draw call
1.Custom Unlit Shader
1.1Creating a Shader
创建一个Shader，删掉所有自带的默代码，写入以下代码。
将上一章创建的Unlit Opaque material指定为使用我们创建的这个新shader。
1.2 HLSL
Unity 新的SRP渲染管线使用HLSL，所以我们自定义的渲染管线也使用HLSL，我们使用HLSLPROGRAM and ENDHLSL
一个Shader至少应该包含vertex函数（顶点shader部分）和fragment函数（片元shader部分）。我们命名UnlitPassVertex for the vertex function and UnlitPassFragment for the other。但具体代码我们不在这个文件中实现，而是分离到一个单独的hlsl文件中，在这里include进来。
在生成的Unlit.hlsl文件中，我们使用#ifndef来避免多次引用。之后，我们声明Vertex函数的输入参数结构体和输出参数结构体
在vertex shader中，讲输入参数传递给输出参数，在fragment shader中，返回1，这样就完成了一个最简单的shader架构，虽然参数还是有错误的（position参数没有进行坐标变换处理直接从vertex shader传入到了fragment shader）
1.3 Transformation Matrices
从模型空间到裁剪空间需要两步转换，我们先用unity_ObjectToWorld矩阵转换到世界坐标空间，再用unity_MatrixVP矩阵转换到裁剪空间。
我们可以通过一个小技巧来提高运算的效率，将input的position信息，从三维向量补齐成四维，可以大大加快运算效率。
1.4 Constant Buffers
Unity没有直接提供MVP矩阵二是拆开成提供两个矩阵M和VP是因为VP矩阵在一帧中不会改变，可以重复利用。Unity将M矩阵和VP矩阵存入Constant Buffer中以提高运算效率，M矩阵存入的buffer为UnityPerDraw buffer, 也就是针对每个物体的绘制不会改变。VP矩阵则存入的是UnityPerFrame buffer，即每一帧VP矩阵并不会改变。Constant Buffer并不是所有平台都支持，目前OpenGL就不支持。
使用cbuffer keyworld来引入Constant buffer，constant buffer中还有很多其他的数据，暂时我们用不到，只使用这两个矩阵
1.5 Core Library
因为constant buffer并不是支持所有平台，所以我们使用宏来代替直接cbuffer keyword，使用CBUFFER_START 和CBUFFER_END 这两个宏需要使用Core Library，通过package manager可以安装。 安装成功后，在hlsl代码中引入common.hlsl就可以使用这两个宏了。
1.6 Compilation Target Level
我们使用#pragma target 指定shader level为3.5 代替默认的2.5，我们不支持OpenGL ES2那些老设备。
1.7 Folder Structure
我们调整下文件目录结构，使引用的文件都放入ShaderLibrary文件夹
2 Dynamic Batching
现在使用我们新创建的这个shader去渲染大量球体时，可以看到每个球体各自占用一个draw call。在fram debugger中我们可以看到提示没有合批的原因是我们没有开启动态合批。
我们根据提示，即使打开了player setting中的Dynamic Batching option选项，依然不会有效果，这是因为player setting中设置的是unity默认的渲染管线，而我们现在使用的是自定义的渲染管线，所以需要代码手动控制我们自己的这个管线开启合批功能。
开启后，我们发现合批依然没有成功，根据提示，是因为物体的定点数太多，超过了动态合批的限制300。
把球体换成顶点数很少的方体，动态合批就成功了，可以看到只有一个draw call
2.2 Colors
当使用不同的material时，是不能动态合批的，为了证明这一点，我们加入color属性。
将color属性存入constant buffer中
复制一份之前的material，将复制的material中的color属性设置为其他颜色，我们可以看到合批结果为4个draw call。 这是因为对于每个material至少会产生一个draw call，unity中为了避免overdraw，会根绝空间位置信息分组渲染，对于每个material，往往会多于一个draw call。
debugger中可以看到提示不能合批的信息为使用了不同的material。
2.3 Optional Batching
动态合批是一个提升渲染效率的好方法，但是并不是所有时候都有效，甚至会拖慢渲染效率。当场景中并不存在大量使用相同material的小mesh的时候，动态合批就没什么用了，反而每帧关于动态合批的运算会降低效率。我们在自定义的渲染管线中加入一个bool值，来作为是否开启动态合批的开关。
在MyPipeline的构造函数中，传入是否开启动态合批的bool值
在render函数中根据drawFlags设置动态合批是否开启
3 GPU Instancing
除了动态合批外，GPU Instancing也可以用于减少draw call。通过GPU Instancing，CPU告诉GPU在一个draw call中，渲染特定的mesh和material的组合多次。这使得使用相同mesh和material的物体渲染时不再像动态合批需要重新组成一个新的后批后的大mesh，这也就移除了对mesh大小的限制。
3.1 Optional Instancing
和之前的动态合批一样，我们也引入一个bool值控制是否开启GPU Instancing
3.2 Material Support
渲染管线开启了GPU Instancing还不够，还需要使得material支持GPU Instancing，通过添加#pragma multi_compile_instancing来产生shader 变体，一个支持GPU Instancing一个不支持。在Editor中material的设置中可以看到是否开启GPU Instancing选项。
3.3 Shader Support
当GPU Instancing开启时，GPU会使用相同的constant data渲染同一个mesh多次。但是因为每个物体的位置不同，所以M矩阵就不同。为了解决这个问题，会在constant buffer中存入一个数组，用于存储待渲染的物体的M矩阵。每一个instance根据自身的index，从数组中取用数据。
我们使用unity提供的UNITY_MATRIX_M这个宏，在core library中的这个宏可以支持instancing，在使用矩阵数组的时候可以取出对应的矩阵
使用该宏需要引用UnityInstancing.hlsl这个文件。
当时用Instancing时，物体的index或被gpu传入顶点数据中，UNITY_MATRIX_M这个宏需要使用这个index数据，我们将Index数据加入到Vertex shader函数的输入结构体中，在Vertex Shader的处理函数中使用UNITY_SETUP_INSTANCE_ID 这个宏来使其生效。
除了 object-to-world matrices, 默认 world-to-object矩阵也存在了constant buffer中。但是目前我们没有需求使用他们，所以可以通过#pragma instancing_options assumeuniformscaling去掉他们提高性能
3.4 Many Colors
之前我们想实现一个场景中多个颜色的物体只能使用多个material，但是如果使用类似存储M矩阵的方式操作color属性，就可以实现用一个matrial渲染多种颜色物体。
首先创建一个脚本，包含要使用的color数据。
其次通过MaterialPropertyBlock函数创建一个MaterialPropertyBlock实体，通过它来设置material中的颜色。这些操作写入了OnValidate函数中，使得在editor中可以看到颜色变化效果。
通过去掉局部变量，可以优化效率。
这时就可以用一个material渲染多种颜色了，但是到目前为止，每个物体都会产生draw call
3.5 Per-Instance Colors
像M矩阵处理的方式一样，我们也将color属性以数组形式存入constant buffer中，在使用时通过index从数组中取出。
不同于M矩阵Unity已经帮我们处理好了，color属性需要我们自己手动创建constant buffer并存入其中
在vertex shader函数的输出中，也要把index数据传递到fragment shader函数中。在fragment shdare的处理函数中，根据index取用color数据
这时，我们只需使用一个material就能实现多颜色物体的渲染了，并且可以实现合并draw call。但是要注意的是constant buffer能存储多少数据是有限制的，最大数量的Instance取决于每个instance需要多少数据，除此之外，不同平台最大限制也不同。同时instance draw call的合并依然也要求需要是相同的mesh和material，比如下图中的方形和圆形虽然使用相同的material，但因为mesh不同所以依然需要不同的draw call进行渲染。
