Unity Shader - 使用multi_compile对Shader渲染质量控制
使用Shader的[KeywordEnum]编辑器来控制
对应项目中场景：TestMultiCompileByShaderKeywordEnum.unity
Code
大多数的一些说明，与技巧，都写在注释
Shader code
// jave.lin 2019.06.25
Shader "Test/TestMultiCompile"{
Properties{
// 如果在Material Inspector中设置KeywordEnum提供给用户使用的话，建议不用multi_compile定义，而用shader_feature
// 因为在Material Inspector编辑的指令一般是确定发布后就不会变得
// 而什么时候用multi_compile，什么时候用shader_feature呢，遵守以下几点就可以了：
// 用shader_feature：
// - 编辑器中使用KeywordEnum来编辑的（这是我们用的是multi_compile，测试用而已）
// - 或是发布后确定不变得
// 用multi_compile：
// - 发布后，运行时，可能需要变化的，如：游戏的画面设置
// - 通常不会在Properties定义[KeywordEnum]的方式来编辑的，因为会你项目编辑器下开发过程中，脚本中控制的关键字开关会有冲突的
// 如：
// 你在Unity Editor Player下运行项目，打开了游戏画面设置，会对该材质的一个关键字控制启用或禁用，然后又选中了Project视图下该材质
// 该材质的Material Inspector显示的编辑器界面实际上有时实时的对该材质使用了[KeywordEnum]的关键字的控制启用或禁用，那么就会与你上面的脚本有冲突
[KeywordEnum(Low,Medium,High,Best)] _Q("Quality mode", Float) = 0 // 质量模式
[KeywordEnum(ReflectDotView,HalfAngle)] _SPECULAR("Specular Model", Float) = 0 // 高光模型
_MainTex ("Main Tex", 2D) = "white" {} // 主纹理
_Color ("Main Color", Color) = (1,1,1,1) // 主色调
_HalfLambertIntensity ("Half-Lambert Itensity", Range(0, 1)) = 0.5 // Diffuse的半Lambert强度
_RimIntensity ("Rim Intensity", Range(0, 2)) = 0.5 // 使用法线检测边缘光的强度
_SpecularIntensity ("Specular Intensity", Range(0, 100)) = 1 // 高光模型强度系数1
_SpecularStrengthen ("Specular Strengthen", Range(0, 1)) = 1 // 高光模型强度系数2
}
SubShader{
Pass{
Tags { "Queue" = "Opaque" "LightMode" = "ForwardBase" } // shadow setup:"LightMode"="ForwardBase"
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
// ====global keyword start====
#pragma multi_compile_fwdbase // shadow setup:fwdbase // 这里会启用11个内置关键字
// multi_compile_fwdbase 包含的11个内置关键字分别是：
// DIRECTIONAL,SHADOWS_DEPTH,SHADOWS_SCREEN,
// SHADOWS_CUBE,LIGHTMAP_ON,DIRLIGHTMAP_COMBINED,
// DYNAMICLIGHTMAP_ON,LIGHTMAP_SHADOW_MIXING,
// SHADOWS_SHADOWMASK,LIGHTPROBE_SH,VERTEXLIGHT_ON
#pragma multi_compile __ AMBIENT_ON // 2个选项，定义环境光应用开关，_ 表示未选
#pragma multi_compile __ LIGHTMODEL_AMBIENT SKY_COLOR EQUATOR_COLOR GROUND_COLOR // 5个选项，定义颜色选用的关键字
#pragma multi_compile __ _Q_LOW _Q_MEDIUM _Q_HIGH _Q_BEST // 5个选项，定义质量选用关键字
#pragma shader_feature __ _SPECULAR_REFLECTDOTVIEW _SPECULAR_HALFANGLE // 3个选项，定义高光模型，这里我们用shader_feaature定义
#pragma shader_feature __ TEST TEST2 // 这两个测试的shader_feature全局关键字，只要不启用就不会有额外的变体生成下面有使用的测试代码
// ====global keyword end====
// ====local keyword start====
#pragma multi_compile_local __ AMBIENT_ONLY_R // 2个选项，环境光颜色只有R通道的开关
// 所以我们这个shader变体数量为：11*2*5*5*2*3=3300(3.3k)，但是在Shader Inspector中看到只有2.4k个，
// 估计是否有些全局关键字是使用shader_feature的编译指令来定义的给编译优化检测未使用就剔除了
// ====local keyword end====
#include "UnityCG.cginc"
#include "Lighting.cginc" // shadow setup:#include "Lighting.cginc"
#if _Q_BEST
#include "AutoLight.cginc" // shadow setup:#include "AutoLight.cginc"
#endif
struct app { float4 vertex : POSITION; float3 normal : NORMAL; float2 uv : TEXCOORD0; };
struct v2f { float4 pos : POSITION; float3 normal : NORMAL; float3 worldPos : TEXCOORD0;
#if _Q_BEST
LIGHTING_COORDS(1,2) // shadow setup:LIGHTING_COORDS(n,n+1)
float2 uv : TEXCOORD3;
#else
float2 uv : TEXCOORD1;
#endif
};
sampler2D _MainTex;
float4 _MainTex_ST;
fixed4 _Color;
float _RimIntensity;
float _SpecularIntensity;
float _SpecularStrengthen;
float _HalfLambertIntensity;
bool _HalfLambert;
v2f vert(app v) {
v2f o;
o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex);
o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv, _MainTex);
o.normal = normalize(UnityObjectToWorldNormal(v.normal));
o.worldPos = mul(unity_ObjectToWorld, v.vertex).xyz;
#if _Q_BEST
TRANSFER_VERTEX_TO_FRAGMENT(o); // shadow setup:TRANSFER_VERTEX_TO_FRAGMENT(o)
#endif
return o;
}
fixed4 frag(v2f v) : SV_Target{
_HalfLambertIntensity = 1 - _HalfLambertIntensity;
#if _Q_LOW
fixed4 col = _Color * tex2D(_MainTex, v.uv);
#if TEST
col = fixed4(0,0,0,0);
#endif
#elif _Q_MEDIUM
fixed4 col = _Color * tex2D(_MainTex, v.uv);
col.rgb *= dot(normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz), v.normal) * _HalfLambertIntensity * 0.5 + (1 - _HalfLambertIntensity) * 0.5; //halfLambert
#elif _Q_HIGH
fixed4 col = _Color * tex2D(_MainTex, v.uv);
col.rgb *= dot(normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz), v.normal) * _HalfLambertIntensity * 0.5 + (1 - _HalfLambertIntensity) * 0.5; //halfLambert
fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - v.worldPos);
#elif _Q_BEST
half3 lightDir = normalize(_WorldSpaceLightPos0.xyz); // 这里我们只测试方向光，该变量如果是方向光的话，它的前3三分量就是方向
fixed4 col = _Color * tex2D(_MainTex, v.uv);
col.rgb *= dot(lightDir, v.normal) * _HalfLambertIntensity * 0.5 + (1 - _HalfLambertIntensity) * 0.5; //halfLambert
// 添加高光
fixed3 viewDir = normalize(_WorldSpaceCameraPos.xyz - v.worldPos);
#if _SPECULAR_HALFANGLE
fixed3 LPlusV = lightDir + viewDir;
float3 reflectDir = normalize(LPlusV / dot(LPlusV, LPlusV));//normalize(LPlusV/length(LPlusV));
#else
float3 reflectDir = reflect(-lightDir, v.normal);
#endif
// 计算光照和阴影之后的阴影衰减因子
UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten, v, v.worldPos); // shadow setup:UNITY_LIGHT_ATTENUATION(atten,v,v.worldPos)
atten *= saturate(dot(v.normal, lightDir));
#if _SPECULAR_HALFANGLE
col.rgb += fixed3(_LightColor0.rgb * pow(dot(reflectDir, v.normal) * 0.5 + 0.5, 100 - _SpecularIntensity)) * _SpecularStrengthen * atten; // specular
#else
col.rgb += fixed3(_LightColor0.rgb * pow(dot(reflectDir, viewDir) * 0.5 + 0.5, 100 - _SpecularIntensity)) * _SpecularStrengthen * atten; // specular
#endif
#else
fixed4 col = _Color * tex2D(_MainTex, v.uv);
#endif
// rim light
#if _Q_HIGH || _Q_BEST
col.rgb += _LightColor0.rgb * (1 - max(0, dot(viewDir, v.normal))) * _RimIntensity;
#endif
#if AMBIENT_ON // 判断开关而使用环境色调
fixed3 ambientColor;
#if AMBIENT_ONLY_R // 仅使用R通道的
#if LIGHTMODEL_AMBIENT // 光照综合处理后的系数
ambientColor = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rrr;
#elif SKY_COLOR
ambientColor = unity_AmbientSky.rrr;
#elif EQUATOR_COLOR
ambientColor = unity_AmbientEquator.rrr;
#elif GROUND_COLOR
ambientColor = unity_AmbientGround.rrr;
#else // nops
#endif
#else
#if LIGHTMODEL_AMBIENT // 光照综合处理后的系数
ambientColor = UNITY_LIGHTMODEL_AMBIENT.rgb;
#elif SKY_COLOR
ambientColor = unity_AmbientSky.rgb;
#elif EQUATOR_COLOR
ambientColor = unity_AmbientEquator.rgb;
#elif GROUND_COLOR
ambientColor = unity_AmbientGround.rgb;
#else // nops
#endif
#endif
col.rgb += ambientColor;
#if _Q_BEST // 应用阴影因子
//col.rgb = col.rgb * atten + col.rgb * 0.5; // 后面的 * 0.5，这个值，可以去ambient的灰度值来替代，而不是写死的值，效果会好一些
//Gray = R*0.299 + G*0.587 + B*0.114
col.rgb = col.rgb * atten + col.rgb * dot(ambientColor.rgb, fixed3(0.299, 0.587, 0.114));
#endif
#else
#if _Q_BEST // 应用阴影因子
// 没有应用环境光我们就写死个0.5系数吧
col.rgb = col.rgb * atten + col.rgb * 0.5; // ambient的灰度值来替代，而不是写死的值，效果会好一些
#endif
#endif
return col;
}
ENDCG
}
Pass // 投影用的pass
{
Tags {"LightMode"="ShadowCaster"}
CGPROGRAM
#pragma vertex vert
#pragma fragment frag
#pragma multi_compile_shadowcaster
#include "UnityCG.cginc"
struct v2f {
V2F_SHADOW_CASTER;
};
v2f vert(appdata_base v)
{
v2f o;
TRANSFER_SHADOW_CASTER_NORMALOFFSET(o)
return o;
}
float4 frag(v2f i) : SV_Target
{
SHADOW_CASTER_FRAGMENT(i)
}
ENDCG
}
}
}
使用KeywordEnum方式的运行控制效果
使用自定义脚本控制
对应项目中场景：TestMultiCompileByScript.unity
该场景使用的shader与使用KeywordEnum场景的不同之处在于，将Shader Properties中控制质量属性注释了
// -- 注意这里质量控制我们在Properties在注释了 -- [KeywordEnum(Low,Medium,High,Best)] _Q("Quality mode", Float) = 0 // 质量模式
使用自定义脚本方式的运行控制效果
总结
我看还是将一些需要注意的从注释里拿出总结里说，突出以下重点
什么时候用multi_compile，什么时候用shader_feature呢？
遵守以下几点就可以了：
用shader_feature：
- 编辑器中使用KeywordEnum来编辑的（这是我们用的是multi_compile，测试用而已）
- 或是发布后确定不变得
- 反正就是 shader 变体的开关由 material 材质中，使用到的变体的开关来决定的
用multi_compile：
- 发布后，运行时，可能需要变化的，如：游戏的画面设置
- 通常不会在Properties定义[KeywordEnum]的方式来编辑的，因为会你项目编辑器下开发过程中，脚本中控制的关键字开关会有冲突的
如：
你在Unity Editor Player下运行项目，打开了游戏画面设置，会对该材质的一个关键字控制启用或禁用，然后又选中了Project视图下该材质
该材质的Material Inspector显示的编辑器界面实际上有时实时的对该材质使用了[KeywordEnum]的关键字的控制启用或禁用，那么就会与你上面的脚本有冲突
另外注意 multi_compile 不要滥用，容易导致 变体数量爆炸
变体多了就会导致 shader 变体时长增加，所以会影响打包时的 shader 变体时长，导致打包增加，有些项目没有变体管理经验的，可能将一个 shader 的所有变体都弄上去的，甚至变体数量达到了 成千上万个，那么这个 shader 可能就要变体 30~60 分钟，也就说你打包的时间就要增加 30~60 中明显就不能忍啊
除了增加编译时间，shader 变体还会增加包体打包，和 运行时内存大小，显存大小
还有另一个种方式来控制shader质量
- 那就是将shader文件保存不一样的质量代码
- 然后用脚本将所有运行时用到的Material的shader都换掉
- 或是换掉材质也可以，看你喜好来处理
- ShaderLOD
Project
ControlShaderQualityByMultiCompile 提取码: mauk
References
- Making multiple shader program variants 制作shader程序多变体
- multi_compile 变体测试