Unity常用优化技术漫谈(1)

在渲染过程中，着色器的编译是一个将高级着色器语言（如HLSL、GLSL或者Unity的ShaderLab）转换成可以在图形硬件上运行的低级机器代码的过程。这个过程通常涉及以下几个步骤：

1. 着色器编写和预处理
   开发者使用高级着色器语言编写着色器代码，这些代码可以包含预处理器指令、条件编译块等。预处理器指令在实际编译之前执行，用于条件编译和代码组织。

2. 着色器编译
   Unity在编辑器中或者在游戏运行时将着色器代码编译成中间字节码。这个过程由Unity内部的编译器或者外部的编译器（如Microsoft的fxc编译器或者OpenGL的glslc编译器）完成。

3. 平台特定的优化
   编译成字节码后，Unity或者图形API的驱动程序会根据目标平台进一步优化这些字节码。这些优化可能包括指令重排、寄存器分配、循环展开等，目的是为了提高着色器在特定硬件上的性能。

4. 链接
   如果一个渲染过程涉及多个着色器阶段（如顶点着色器、片元着色器等），这些不同阶段的编译输出需要被链接在一起，形成一个可以在GPU上执行的完整程序。

5. 加载和执行
   编译和链接完成的着色器程序被加载到GPU，并在渲染管线的相应阶段执行。这个过程是由图形API（如DirectX或OpenGL）和GPU驱动程序管理的。

具体细节
异步编译：为了避免运行时编译导致的卡顿，Unity可能会在一个单独的线程中异步编译着色器。
缓存：编译完成的着色器程序可以被缓存，这样在下次需要时可以直接加载，避免重复编译。
错误处理：如果编译过程中出现错误，Unity会提供错误信息，帮助开发者定位问题。
变体管理：Unity通过Shader Variant Collection管理预编译的着色器变体，减少运行时编译的需要。
性能考虑
着色器编译是一个耗时的过程，特别是对于复杂的着色器或者拥有大量变体的着色器。因此，开发者需要仔细管理着色器变体，避免在游戏运行时进行大量的编译工作。通过使用Unity的性能分析工具，开发者可以监控着色器编译对游戏性能的影响，并做出相应的优化。

在渲染过程中，着色器确实需要编译，但这通常不是在每一帧渲染时发生的。着色器编译通常发生在以下几个时刻：

开发阶段：当开发者在游戏引擎中创建或修改着色器时，着色器会被编译成中间字节码。例如，在Unity中，当你写一个新的Shader或者导入一个包含Shader的资产时，Unity会自动编译这些Shader。

游戏打包：在游戏打包的过程中，所有的着色器通常会被预编译成目标平台的机器码。这样做的目的是为了减少游戏运行时的编译开销。

首次使用：当一个着色器在游戏运行时首次被用于渲染时，它会被编译成最终的机器码。这是因为着色器可能依赖于特定的渲染上下文或硬件特性，这些只有在运行时才能确定。

着色器变体：如果着色器支持多种变体（例如，不同的光照模型或特殊效果），那么每个变体可能在首次使用时编译。

为了避免运行时编译导致的性能问题（如卡顿或延迟），开发者可以采取以下措施：

预编译着色器：在游戏打包时预编译所有可能的着色器变体。这可以通过在游戏引擎中设置来完成，例如Unity的Shader Variant Collection功能。

延迟编译：在游戏加载阶段或在背景线程中编译着色器，以避免在游戏的关键时刻进行编译。

缓存编译结果：一些平台和API允许将编译后的着色器缓存起来，这样在下次运行游戏时就不需要重新编译。

减少变体数量：通过优化着色器代码和减少编译指令，减少着色器变体的数量，从而减少编译时间。

使用更高级的图形API：比如Vulkan或DirectX 12，这些API允许更细粒度的控制，包括着色器的编译和管理。

通过这些方法，开发者可以确保着色器编译不会对游戏性能产能。

unity中预编译着色器的细节涉及到如何处理和优化着色器，以减少运行时的性能开销。以下是Unity预编译着色器的一些关键细节：

着色器变体（Shader Variants）
Unity着色器通常包含多个变体（variants），这些变体是由不同的着色器特性（比如光照模型、阴影类型、纹理选项等）组合而成的。每个变体对应一组特定的编译指令。

预编译过程
Shader Vari