? ? ? 有時我們希望一份 Shader 源代碼可能滿足多種功能（如處理法線貼圖、自發光、不同光照模式、陰影，支持GPUInstacing等多種功能）。所以我們需要能夠實現Shader分支的方法。

一.Shader分支實現

主要有三種手段實現Shader分支：

1.靜態分支

(1)定義:

在 Shader 代碼中，使用#define定義激活分支。

使用 #if/#ifdef/#elif/#else/#endif 這樣的預處理器指令實現的條件判斷。這些判斷在 Shader 編譯階段 就已經完成，而不是在運行時。（編譯時選擇代碼分支）

#define LIGHT_ONhalf4 frag(v2f i):SV_Target
{#if defined(LIGHT_ON)return xxx;#elsereturn xxx;#endif
}

(2)優點：

零運行時開銷：由于分支在編譯時就確定了，運行時 GPU 不需要做任何判斷，從而避免了動態分支的所有性能缺點。

更小的指令數量：最終的 Shader 代碼只包含必需的指令，更加精簡。

(3)缺點：

不夠靈活：（運行時無法動態切換）一旦 Shader 編譯完成，其行為就固定了。不能在運行時通過改變一個浮點數或整數來切換靜態分支。

需要 Shader 變體來配合：如果想在運行時切換靜態分支的不同版本，就需要為每個不同的靜態分支組合生成一個獨立的 Shader 變體。

2.動態分支

定義：在 Shader 代碼中，使用 if/else、for 循環（條件在運行時決定）或 switch 語句來實現的條件判斷。GPU 在 運行時 根據輸入數據的值來決定執行哪個代碼路徑。(運行時選擇代碼分支)

優點：

靈活性高：可以在 Shader 內部根據每個像素或頂點的數據實時調整行為。

代碼簡潔：無需為每種組合編寫單獨的 Shader。不會造成代碼膨脹（與著色器變體相比，著色器變體會為每一種分支生成一份Shader文件，相當于空間換時間）

缺點：

性能開銷：可能引入額外的計算、內存訪問、分支預測失敗的懲罰，或者占用更多的寄存器資源。這會導致 GPU 無法充分發揮其并行處理的優勢。

流水線停頓：復雜的分支邏輯可能導致 GPU 渲染流水線停頓，降低吞吐量。

3.著色器變體

著色器變體是實現運行時靜態分支的一種核心手段（我稱它為一種加強版靜態分支）。 它不是一種獨立的分支類型，而是 靜態分支在 Unity 中最主要的表現形式和管理機制。通過 Unity 的 #pragma shader_feature 和 #pragma multi_compile 指令，可以讓編譯器根據不同的 Shader 關鍵字組合 來生成多個獨立的 Shader 程序（即變體）

優點：（結合了動態分支和靜態分支的優點）

結合了靜態分支的性能優勢：運行時沒有動態分支的開銷。

提供了運行時的靈活性：雖然每個變體內部是靜態的，但可以在運行時動態切換選擇不同的變體，從而實現功能的動態切換（例如，在材質面板勾選“啟用法線貼圖”）。

優化包體大小和編譯時間（特別是 shader_feature）：通過只編譯和包含實際使用的變體。

缺點：

變體爆炸：如果關鍵字數量過多且使用不當（尤其是 multi_compile），會生成海量變體，導致編譯時間超長和包體巨大。

管理復雜性：需要仔細規劃關鍵字和變體。

下面我們了解一下Unity中著色器變體(ShaderVariant)的概念和意義。

二.著色器變體(ShaderVariant)概述

? ? ? ?在 Unity 中，Shader 變體（Shader Variants） 是一個重要的概念，它允許你用一份 Shader 源代碼來支持多種不同的視覺效果或功能，同時還能優化性能和最終的游戲包體大小。你可以把它理解為同一個 Shader 的不同“編譯版本”，每個版本都針對特定的功能組合進行了定制。

1.ShaderVariant是什么？

? ? ? ?有時我們希望一份 Shader 源代碼可能滿足多種功能（如處理法線貼圖、自發光、不同光照模式、陰影，支持GPUInstacing等多種功能）。Unity 允許你在一個 Shader 文件中通過使用 預編譯指令（#pragma）和 Shader 關鍵字（Keywords） 來定義這些可選功能。

? ? ? 然而并不是所有的物體都需要所有這些功能。

? ? ? 當 Unity 編譯 Shader 時，它會根據這些指令和項目中的實際使用情況，為所有可能的 關鍵字組合 生成一份份獨立的、經過編譯的 Shader 程序。這些獨立的程序就是 Shader 變體。本質是一種靜態分支的思想。

2.為什么需要ShaderVariant？

Shader 變體的存在是為了解決幾個關鍵問題：

1. 性能優化（靜態分支）

這是 Shader 變體最核心的優勢。在 Shader 編程中，有兩種方式實現條件邏輯：

（1）動態分支：在 Shader 代碼中使用if/else語句。GPU 在運行時需要判斷條件，這可能會導致性能下降，因為它可能需要執行兩條分支的所有代碼，或者引起管道停頓。

（2）靜態分支：Shader 變體就是靜態分支的體現。在編譯時，Unity 已經根據關鍵字的狀態，為每個功能組合生成了獨立的 Shader 程序。運行時，GPU 直接加載并執行與當前渲染狀態（例如，材質上是否開啟了法線貼圖）匹配的那個特定變體，無需進行額外的條件判斷。這通常比動態分支更高效。

2. 代碼復用與維護

? ? ? ?通過在一個 Shader 文件中包含所有可選功能，你可以避免為類似的功能編寫大量重復的 Shader 文件。這使得 Shader 代碼更易于管理、修改和維護。

3. 靈活性與可配置性

? ? ? ?Shader 變體允許你在 Unity 編輯器中通過材質屬性或 C# 腳本輕松地開啟或關閉 Shader 的特定功能，從而實現豐富的視覺效果定制，而無需修改 Shader 代碼。

3.Unity中變體類型

Shader Variant的類型主要有2種：multi_compile 和 shader_feature。后篇中會介紹二者使用和管理上的區別。簡單來說：

#pragma multi_compile指令會強制編譯所有可能的關鍵字組合對應的 Shader 變體，無論這些變體是否在你的項目中被實際使用。

#pragma shader_feature指令會按需編譯 Shader 變體，它只會編譯和包含那些在你的項目中被 材質實際使用 的關鍵字組合對應的變體。

本篇完