Unity Shader 变体剔除：通过 Shader LOD 减少包体大小

xiaoshi 05-30 15 抢沙发

默认

摘要： ...

Unity Shader变体剔除：通过Shader LOD优化包体大小的实用指南

在Unity游戏开发中，Shader变体管理是一个经常被忽视但极其重要的优化环节。随着项目规模的扩大，Shader变体数量会呈指数级增长，导致包体体积膨胀、内存占用增加。本文将深入探讨如何通过Shader LOD（Level of Detail）技术有效剔除不必要的Shader变体，从而显著减小游戏包体大小。

为什么Shader变体会导致包体膨胀？

Shader变体是指同一个Shader在不同平台、不同渲染路径或不同功能开关下生成的多个版本。Unity在构建时会为每个可能的组合生成独立的变体，这些变体会占用大量空间。一个典型的例子是，一个看似简单的Surface Shader可能因为不同的光照模式、平台和关键字组合而产生上百个变体。

在实际项目中，我们经常发现：

一个基础Shader可能产生50-100个变体
复杂Shader可能产生300-500个变体
整个项目可能有数千个Shader变体

这些变体不仅增加了包体大小，还会延长构建时间，增加运行时内存开销。

Shader LOD技术原理

Shader LOD（细节级别）是一种根据物体与摄像机距离动态切换Shader复杂度的技术。它的核心思想是：远处的物体不需要使用高质量Shader，可以用简化版本来替代。

Unity中的Shader LOD系统工作流程：

在Shader代码中使用LOD指令定义不同细节级别
运行时根据摄像机距离和预设的LOD阈值选择合适版本
只加载和使用当前需要的Shader变体

通过合理设置LOD级别，我们可以：

自动剔除远处物体不必要的高质量Shader变体
减少内存中的Shader变体数量
降低GPU负载

实战：为Shader添加LOD控制

让我们通过一个实际例子来学习如何实现Shader LOD优化。假设我们有一个支持镜面反射和法线贴图的标准Surface Shader：

Shader "Custom/AdvancedSurface" {
    Properties {
        _MainTex ("Base (RGB)", 2D) = "white" {}
        _NormalMap ("Normal Map", 2D) = "bump" {}
        _SpecColor ("Specular Color", Color) = (0.5, 0.5, 0.5, 1)
        _Shininess ("Shininess", Range(0.01, 1)) = 0.5
    }

    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 400  // 高质量版本

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf BlinnPhong
        #pragma target 3.0

        sampler2D _MainTex;
        sampler2D _NormalMap;
        fixed4 _SpecColor;
        half _Shininess;

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
            float2 uv_NormalMap;
        };

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
            fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Normal = UnpackNormal(tex2D(_NormalMap, IN.uv_NormalMap));
            o.Specular = _Shininess;
            o.Gloss = c.a;
        }
        ENDCG
    }

    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 200  // 中等质量版本（去掉法线贴图）

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf BlinnPhong
        #pragma target 2.0

        sampler2D _MainTex;
        fixed4 _SpecColor;
        half _Shininess;

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
            fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
            o.Albedo = c.rgb;
            o.Specular = _Shininess;
            o.Gloss = c.a;
        }
        ENDCG
    }

    SubShader {
        Tags { "RenderType"="Opaque" }
        LOD 100  // 低质量版本（简化光照计算）

        CGPROGRAM
        #pragma surface surf Lambert
        #pragma target 1.0

        sampler2D _MainTex;

        struct Input {
            float2 uv_MainTex;
        };

        void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
            fixed4 c = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex);
            o.Albedo = c.rgb;
        }
        ENDCG
    }

    FallBack "Diffuse"
}

在这个例子中，我们定义了三个LOD级别：

LOD 400：完整功能，包含法线贴图和镜面反射
LOD 200：中等质量，去掉法线贴图
LOD 100：基础版本，仅使用漫反射光照

在项目中配置Shader LOD阈值

定义了Shader的LOD级别后，我们需要在项目中设置全局LOD阈值：

// 在游戏启动脚本中设置全局Shader LOD
void Start() {
    // 设置所有Shader的最大LOD级别
    Shader.globalMaximumLOD = 300;

    // 或者为特定Shader设置LOD
    Shader.Find("Custom/AdvancedSurface").maximumLOD = 300;
}

也可以根据设备性能动态调整：

void AdjustShaderLODBasedOnPerformance() {
    // 根据设备性能调整LOD
    if (SystemInfo.graphicsShaderLevel < 30) {
        Shader.globalMaximumLOD = 150;  // 低端设备使用简化Shader
    } else {
        Shader.globalMaximumLOD = 400;  // 高端设备使用完整Shader
    }
}

结合变体剔除的进阶技巧

单纯使用Shader LOD可能无法完全解决变体问题，我们需要结合其他技术：

1. 使用Shader变体收集器

Unity 2018+提供了Shader变体收集功能，可以在Player Settings中启用：

打开Project Settings > Graphics
在Shader Variant Collection部分添加新的收集器
构建项目时Unity会自动记录实际使用的变体

2. 手动剔除无用变体

分析Shader变体报告，手动移除不用的变体：

// 在Editor脚本中剔除特定关键字组合
public class ShaderVariantStripper : IPreprocessShaders {
    public int callbackOrder { get { return 0; } }

    public void OnProcessShader(Shader shader, ShaderSnippetData snippet, IList<ShaderCompilerData> data) {
        if (shader.name != "Custom/AdvancedSurface") return;

        for (int i = data.Count - 1; i >= 0; --i) {
            var variant = data[i];

            // 剔除不支持的平台变体
            if (variant.shaderCompilerPlatform == ShaderCompilerPlatform.GLES3x) {
                data.RemoveAt(i);
                continue;
            }

            // 剔除特定关键字组合
            if (variant.shaderKeywordSet.IsEnabled("_SPECULAR") && 
                variant.shaderKeywordSet.IsEnabled("_NORMALMAP")) {
                data.RemoveAt(i);
            }
        }
    }
}

3. 使用Shader预加载和变体预热

IEnumerator PreloadImportantShaderVariants() {
    // 预加载关键Shader变体
    Shader.WarmupAllShaders();

    // 或者预热特定Shader组合
    var warmupMaterial = new Material(Shader.Find("Custom/AdvancedSurface"));
    warmupMaterial.EnableKeyword("_SPECULAR");
    Graphics.DrawMesh(new Mesh(), Matrix4x4.identity, warmupMaterial, 0);

    yield return null;
    Destroy(warmupMaterial);
}