Unity ShaderLab学习总结

1字数 5218阅读 64923

Why Bothers?

为什么已经有ShaderForge这种可视化Shader编辑器、为什么Asset Store已经有那么多炫酷的Shader组件可下载,还是有必要学些Shader的编写?

2014-0718-1607-11-33.png

  • 因为上面这些Shader工具/组件最终都是以Shader文件的形式而存在。
  • 需要开发人员/技术美术有能力对Shader进行功能分析、效率评估、选择、优化、兼容、甚至是Debug。
  • 对于特殊的需求,可能还是直接编写Shader比较实际、高效。

总之,Shader编写是重要的;但至于紧不紧急,视乎项目需求。

涉及范围

本文只讨论Unity ShaderLab相关的知识和使用方法。但,

  • 既不讨论渲染相关的基础概念,基础概念可参考Rendering Pipeline Overview等文章。
  • 也不讨论具体的渲染技巧
  • 移动设备GPU和桌面设备GPU硬件架构上有较多不同点,详见下面的“移动设备GPU架构简述”一章。

使用Shader

2014-0720-1007-25-36.png

如上图,一句话总结:

  1. GameObject里有MeshRenderer,
  2. MeshRenderer里有Material列表,
  3. 每个Material里有且只有一个Shader;
  4. Material在编辑器暴露该Shader的可调属性。

所以关键是怎么编写Shader。

Shader基础

编辑器

使用MonoDevelop这反人类的IDE来编写Shader居然是让人满意的。有语法高亮,无语法提示。
如果习惯VisualStudio,可以如下实现.Shader文件的语法高亮。

  • 下载作者donaldwu自己添加的关键词文件usertype.dat。其包括了Unity ShaderLab的部分关键字,和HLSL的所有关键字。关键字以后持续添加中。
  • 将下载的usertype.dat放到Microsoft Visual Studio xx.x\CommonX\IDE\文件夹下;
  • 打开VS,工具>选项>文本编辑器>文件扩展名,扩展名里填“shader”,编辑器选VC++,点击添加;
  • 重启VS,Done。

Shader

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader"
{
    // ...
}
2014-0720-1707-17-42.png

Shader的名字会直接决定shader在material里出现的路径

SubShader

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader" {
    SubShader
    {
        //...
    }
}

一个Shader有多个SubShader。一个SubShader可理解为一个Shader的一个渲染方案。即SubShader是为了针对不同的渲染情况而编写的。每个Shader至少1个SubShader、理论可以无限多个,但往往两三个就足够。
一个时刻只会选取一个SubShader进行渲染,具体SubShader的选取规则包括:

  • 从上到下选取
  • SubShader的标签、Pass的标签
    • 是否符合当前的“Unity渲染路径”
    • 是否符合当前的ReplacementTag
  • SubShader是否和当前的GPU兼容

按此规则第一个被选取的SubShader将会用于渲染,未被选取的SubShader在这次渲染将被忽略。

SubShader的Tag

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader" {
    SubShader
    {
        Tags { "Queue"="Geometry+10" "RenderType"="Opaque" }
        //...
    }
}

SubShader内部可以有标签(Tags)的定义。Tag指定了这个SubShader的渲染顺序(时机),以及其他的一些设置。

  • "RenderType"标签。Unity可以运行时替换符合特定RenderType的所有Shader。Camera.RenderWithShaderCamera.SetReplacementShader配合使用。Unity内置的RenderType包括:
    • "Opaque":绝大部分不透明的物体都使用这个;
    • "Transparent":绝大部分透明的物体、包括粒子特效都使用这个;
    • "Background":天空盒都使用这个;
    • "Overlay":GUI、镜头光晕都使用这个;
    • 用户也可以定义任意自己的RenderType这个标签所取的值。
    • 应注意,Camera.RenderWithShaderCamera.SetReplacementShader不要求标签只能是RenderTypeRenderType只是Unity内部用于Replace的一个标签而已,你也可以自定义自己全新的标签用于Replace。
      比如,你为自己的ShaderA.SubShaderA1(会被Unity选取到的SubShader,常为Shader文件中的第一个SubShader)增加Tag为"Distort"="On",然后将"Distort"作为参数replacementTag传给函数。此时,作为replacementShader实参的ShaderB.SubShaderB1中若有也有一模一样的"Distort"="On"、且这A的材质参数包含B所需材质参数,则此SubShaderB1将代替SubShaderA1用于本次渲染。
    • 具体可参考Rendering with Replaced Shaders
  • "Queue"标签。定义渲染顺序。预制的值为
  • "Background"。值为1000。比如用于天空盒。
  • "Geometry"。值为2000。大部分物体在这个队列。不透明的物体也在这里。这个队列内部的物体的渲染顺序会有进一步的优化(应该是从近到远,early-z test可以剔除不需经过FS处理的片元)。其他队列的物体都是按空间位置的从远到近进行渲染。
  • "AlphaTest"。值为2450。已进行AlphaTest的物体在这个队列。
  • "Transparent"。值为3000。透明物体。
  • "Overlay"。值为4000。比如镜头光晕。
  • 用户可以定义任意值,比如"Queue"="Geometry+10"
  • "ForceNoShadowCasting",值为"true"时,表示不接受阴影。
  • "IgnoreProjector",值为"true"时,表示不接受Projector组件的投影。

另,关于渲染队列和Batch的非官方经验总结是,一帧的渲染队列的生成,依次决定于每个渲染物体的:

  • Shader的RenderType tag,
  • Renderer.SortingLayerID,
  • Renderer.SortingOrder,
  • Material.renderQueue(默认值为Shader里的"Queue"),
  • Transform.z(ViewSpace)(默认为按z值从前到后,但当Queue是“Transparent”的时候,按z值从后到前)。

这个渲染队列决定了之后(可能有dirty flag的机制?)渲染器再依次遍历这个渲染队列,“同一种”材质的渲染物体合到一个Batch里。

Pass

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader" {
    SubShader {
        Pass
        {
            //...
        }
    }
}

一个SubShader(渲染方案)是由一个个Pass块来执行的。每个Pass都会消耗对应的一个DrawCall。在满足渲染效果的情况下尽可能地减少Pass的数量。

Pass的Tag

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader" {
    SubShader {
        Pass
        {
            Tags{ "LightMode"="ForwardBase" }
            //...
        }
    }
}

和SubShader有自己专属的Tag类似,Pass也有Pass专属的Tag。
其中最重要Tag是 "LightMode",指定Pass和Unity的哪一种渲染路径(“Rendering Path”)搭配使用。除最重要的ForwardBaseForwardAdd外,这里需额外提醒的Tag取值可包括:

  • Always,永远都渲染,但不处理光照
  • ShadowCaster,用于渲染产生阴影的物体
  • ShadowCollector,用于收集物体阴影到屏幕坐标Buff里。

其他渲染路径相关的Tag详见下面章节“Unity渲染路径种类”。
具体所有Tag取值,可参考ShaderLab syntax: Pass Tags

FallBack

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader"{
    SubShader { Pass {} }
    
    FallBack "Diffuse" // "Diffuse"即Unity预制的固有Shader
    // FallBack Off //将关闭FallBack
}

当本Shader的所有SubShader都不支持当前显卡,就会使用FallBack语句指定的另一个Shader。FallBack最好指定Unity自己预制的Shader实现,因其一般能够在当前所有显卡运行。

Properties

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader"
{
    Properties {
    _Range ("My Range", Range (0.02,0.15)) = 0.07 // sliders
    _Color ("My Color", Color) = (.34, .85, .92, 1) // color
    _2D ("My Texture 2D", 2D) = "" {} // textures
    _Rect("My Rectangle", Rect) = "name" { }
    _Cube ("My Cubemap", Cube) = "name" { }
    _Float ("My Float", Float) = 1
    _Vector ("My Vector", Vector) = (1,2,3,4)

    // Display as a toggle.
    [Toggle] _Invert ("Invert color?", Float) = 0
    // Blend mode values
    [Enum(UnityEngine.Rendering.BlendMode)] _Blend ("Blend mode", Float) = 1
    //setup corresponding shader keywords.
    [KeywordEnum(Off, On)] _UseSpecular ("Use Specular",  Float) = 0
    }
    
    // Shader
    SubShader{
        Pass{
          //...
          uniform float4 _Color;
          //...
          float4 frag() : COLOR{ return fixed4(_Color); }
          //...
             #pragma multi_compile __ _USESPECULAR_ON
          }
    }
    
    //fixed pipeline
    SubShader   {
        Pass{
            Color[_Color]
        }
    }
}
  • Shader在Unity编辑器暴露给美术的参数,通过Properties来实现。
  • 所有可能的参数如上所示。主要也就Float、Vector和Texture这3类。
  • 除了通过编辑器编辑Properties,脚本也可以通过Material的接口(比如SetFloatSetTexture编辑)
  • 之后在Shader程序通过[name](固定管线)或直接name(可编程Shader)访问这些属性。
  • 在每一个Property前面也能类似C#那样添加Attribute,以达到额外UI面板功能。详见MaterialPropertyDrawer.html

Shader中的数据类型

有3种基本数值类型:floathalffixed
这3种基本数值类型可以再组成vector和matrix,比如half3是由3个half组成、float4x4是由16个float组成。

  • float:32位高精度浮点数。
  • half:16位中精度浮点数。范围是[-6万, +6万],能精确到十进制的小数点后3.3位。
  • fixed:11位低精度浮点数。范围是[-2, 2],精度是1/256。

数据类型影响性能

  • 精度够用就好。
    • 颜色和单位向量,使用fixed
    • 其他情况,尽量使用half(即范围在[-6万, +6万]内、精确到小数点后3.3位);否则才使用float

ShaderLab中的Matrix

当提到“Row-Major”、“Column-Major”,根据不同的场合,它们可能指不同的意思:

  • 数学上的,主要是指矢量V是Row Vector、还是Column Vector。引用自[Game Engine Architecture 2nd Edition, 183]。留意到V和M的乘法,当是Row Vector的时候,数学上写作VM,Matrix在右边,Matrix的最下面一行表示Translate;当是Column Vector的时候,数学上写作MtVt,Matrix在左边并且需要转置,Matrix最右面一列表示Translate。
  • 访问接口上的:Row-Major即MyMatrix[Row][Column]、Column-Major即MyMatrix[Column][Row]。HLSL/CG的访问接口都是Row-Major,比如MyMatrix[3]返回的是第3行;GLSL的访问接口是Column-Major,比如MyMatrix[3]返回的是第3列。
  • 寄存器存储上的:每个元素是按行存储在寄存器中、还是按列存储在寄存器中。需要关注它的一般情况举例是,float2x3的MyMatrix,到底是占用2个寄存器(Row-Major)、还是3个寄存器(Column-Major)。在HLSL里,可以通过#pragmapack_matrix设定row_major或者column_major。

上述情况,互不相干。
然后,ShaderLab中,数学上是Column Vector、访问接口上是Row-Major、存储上是(尚未查明)。

ShaderLab中各个Space的坐标系

一般情况下,从Vertex Buff输入顶点到Vertex Shader,

  • 该顶点为左手坐标系Model Space中的顶点vInModel
    其用w=1的Homogenous Cooridniates(故等效于Cartesian Coordinates)表达vInModel = float4(xm, ym, zm, 1)
  • vInWrold = mul(_Object2World , vInModel)后,得出左手坐标系World Space中的vInWorld,其为w=1的Homogenous Cooridniates(故等效于Cartesian Coordinates)vInWorld = float4(xw, yw, zw, 1)
  • vInView = mul(UNITY_MATRIX_V , vInWrold)后,得出右手坐标系View Space中的vInView,其为w=1的Homogenous Cooridniates(故等效于Cartesian Coordinates)vInWorld = float4(xv, yv, zv, 1)
  • vInClip = mul(UNITY_MATRIX_P , vInView)后,得出左手坐标系Clip Space中的vInClip,其为w往往不等于1的Homogenous Cooridniates(故往往不等效于Cartesian Coordinates)vInClip = float4(xc, yc, zc, wc)
    设r、l、t、b、n、f的长度绝对值如下图:

    注意View Space中摄像机前方的z值为负数、-z为正数。则GL/DX/Metal的Clip Space坐标为:
    • GL:
      • xc=(2nx+rz+lz)/(r-l);
      • yc=(2ny+tz+bz)/(t-b);
      • zc=(-fz-nz-2nf)/(f-n);
      • wc=-z;
    • DX/Metal:
      • xc=(2nx+rz+lz)/(r-l);
      • yc=(2ny+tz+bz)/(t-b);
      • zc=(-fz-nf)/(f-n);
      • wc=-z;
  • vInNDC = vInClip / vInClip.w后,得出左手坐标系Normalized Device Coordinates中的vInNDC,其为w=1的Homogenous Cooridniates(故等效于Cartesian Coordinates)vInNDC = float4(xn, yn, zn, 1)
    xnyn的取值范围为[-1,1]。
    • GL: zn=zc/wc=(fz+nz+2nf)/((f-n)z);
    • DX/Metal: zn=zc/wc=(fz+nf)/((f-n)z);
    • 在Unity中,zn的取值范围可以这样决定:
      • 如果UNITY_REVERSED_Z已定义,zn的取值范围是[UNITY_NEAR_CLIP_VALUE, 0],即[1,0]
      • 如果UNITY_REVERSED_Z未定义,zn的取值范围是[UNITY_NEAR_CLIP_VALUE, 1]
        • 如果SHADER_API_D3D9/SHADER_API_D3D11_9X定义了,即[0,1]
        • 否则,即OpenGL情况,即[-1,1]
v2f vert (appdata v)
{
    v2f o;
    o.vertex = mul(UNITY_MATRIX_MVP, v.vertex);
    // 1 、2、3是等价的,和4是不等价的
    // 因为是M在左、V在右,所以是Column Vector
    // 因为是HLSL/CG语言,所以是访问方式是Row-Major
    o.rootInView = mul(UNITY_MATRIX_MV, float4(0, 0, 0, 1)); // 1
    o.rootInView = float4(UNITY_MATRIX_MV[0].w, UNITY_MATRIX_MV[1].w, UNITY_MATRIX_MV[2].w, 1); // 2                
    o.rootInView = UNITY_MATRIX_MV._m03_m13_m23_m33;  // 3
    //o.rootInView = UNITY_MATRIX_MV[3]; // 4

    return o;
}

fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
{
    // 因为是ViewSpace是右手坐标系,所以当root在view前面的时候,z是负数,所以需要-z才能正确显示颜色
    fixed4 col = fixed4(i.rootInView.x, i.rootInView.y, -i.rootInView.z, 1);
    return col;
}

struct appdata
{
    float4 vertex : POSITION;
};
struct v2f
{
    float4 rootInView : TEXCOORD0;
    float4 vertex : SV_POSITION;
};

Shader形态

Shader形态之1:固定管线

固定管线是为了兼容老式显卡。都是顶点光照。之后固定管线可能是被Unity抛弃的功能,所以最好不学它、当它不存在。特征是里面出现了形如下面Material块、没有CGPROGRAMENDCG块。

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader"
{
    Properties {
    _Color ("My Color", Color) = (.34, .85, .92, 1) // color
    }
    
    // Fixed Pipeline
    SubShader
    {
        Pass
        {
            Material{
            Diffuse [_Color]
            Ambient [_Color]
            }
            
            Lighting On
        }
    }
}

Shader形态之2:可编程Shader

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader"
{
    Properties {}
    
    SubShader
    {
        Pass
        {
          // ... the usual pass state setup ...
          
          CGPROGRAM
          // compilation directives for this snippet, e.g.:
          #pragma vertex vert
          #pragma fragment frag
          
          // the Cg/HLSL code itself
          float4 vert(float4 v:POSITION) : SV_POSITION{
            return mul(UNITY_MATRIX_MVP, v);
          }
          float4 frag() : COLOR{
            return fixed4(1.0, 0.0, 0.0, 1.0);
          }
          ENDCG
          // ... the rest of pass setup ...
          }
    }
}
  • 功能最强大、最自由的形态。
  • 特征是在Pass里出现CGPROGRAMENDCG
  • 编译指令#pragma。详见官网Cg snippets。其中重要的包括:
编译指令 示例/含义
#pragma vertex name
#pragma fragment name
替换name,来指定Vertex Shader函数、Fragment Shader函数。
#pragma target name 替换name(为2.03.0等)。设置编译目标shader model的版本。
#pragma only_renderers name name ...
#pragma exclude_renderers name name...
#pragma only_renderers gles gles3
#pragma exclude_renderers d3d9 d3d11 opengl
只为指定渲染平台(render platform)编译
  • 引用库。通过形如#include "UnityCG.cginc"引入指定的库。常用的就是UnityCG.cginc了。其他库详见官网Built-in shader include files
  • ShaderLab内置值。Unity给Shader程序提供了便捷的、常用的值,比如下面例子中的UNITY_MATRIX_MVP就代表了这个时刻的MVP矩阵。详见官网ShaderLab built-in values
  • Shader输入输出参数语义(Semantics)。在管线流程中每个阶段之间(比如Vertex Shader阶段和FragmentShader阶段之间)的输入输出参数,通过语义字符串,来指定参数的含义。常用的语义包括:COLORSV_PositionTEXCOORD[n]。完整的参数语义可见HLSL Semantic(由于是HLSL的连接,所以可能不完全在Unity里可以使用)。
  • 特别地,因为Vertex Shader的的输入往往是管线的最开始,Unity为此内置了常用的数据结构:
数据结构 含义
appdata_base vertex shader input with position, normal, one texture coordinate.
appdata_tan vertex shader input with position, normal, tangent, one texture coordinate.
appdata_full vertex shader input with position, normal, tangent, vertex color and two texture coordinates.
appdata_img vertex shader input with position and one texture coordinate.

Shader形态之3:SurfaceShader

Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader"
{
    Properties {   }

    // Surface Shader
    SubShader {
      Tags { "RenderType" = "Opaque" }
      CGPROGRAM
      #pragma surface surf Lambert
      struct Input {
          float4 color : COLOR;
      };
      void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o) {
          o.Albedo = 1;
      }
      ENDCG
    }
    FallBack "Diffuse"
}
  • SurfaceShader可以认为是一个光照Shader的语法糖、一个光照VS/FS的生成器。减少了开发者写重复代码的需要。
  • 在手游,由于对性能要求比较高,所以不建议使用SurfaceShader。因为SurfaceShader是一个比较“通用”的功能,而通用往往导致性能不高。
  • 特征是在SubShader里出现CGPROGRAMENDCG块。(而不是出现在Pass里。因为SurfaceShader自己会编译成多个Pass。)
  • 编译指令是:
    #pragma surface surfaceFunction lightModel [optionalparams]
  • surfaceFunction:surfaceShader函数,形如void surf (Input IN, inout SurfaceOutput o)
  • lightModel:使用的光照模式。包括Lambert(漫反射)和BlinnPhong(镜面反射)。
    • 也可以自己定义光照函数。比如编译指令为#pragma surface surf MyCalc
  • 你定义输入数据结构(比如上面的Input)、编写自己的Surface函数处理输入、最终输出修改过后的SurfaceOutput。SurfaceOutput的定义为
struct SurfaceOutput {
    half3 Albedo; // 纹理颜色值(r, g, b)
    half3 Normal; // 法向量(x, y, z)
    half3 Emission; // 自发光颜色值(r, g, b)
    half Specular; // 镜面反射度
    half Gloss; // 光泽度
    half Alpha; // 不透明度
};

Shader形态之4:Compiled Shader

点击a.shader文件的“Compile and show code”,可以看到该文件的“编译”过后的ShaderLab shader文件,文件名形如Compiled-a.shader
其依然是ShaderLab文件,其包含最终提交给GPU的shader代码字符串。
先就其结构进行简述如下,会发现和上述的编译前ShaderLab结构很相似。


// Compiled shader for iPhone, iPod Touch and iPad, uncompressed size: 36.5KB
// Skipping shader variants that would not be included into build of current scene.
Shader "ShaderLab Tutorials/TestShader"
{
    Properties {...}
    SubShader {
        // Stats for Vertex shader:
        //        gles : 14 avg math (11..19), 1 avg texture (1..2)
        //       metal : 14 avg math (11..17)
        // Stats for Fragment shader:
        //       metal : 14 avg math (11..19), 1 avg texture (1..2)
        Pass {
            Program "vp" // vertex program
            {
                SubProgram "gles" {
                    // Stats: 11 math, 1 textures
                    Keywords{...} // keywords for shader variants ("uber shader")

                    //shader codes in string
                    "
                    #ifdef VERTEX
                    vertex shader codes
                    #endif

                    // Note, on gles, fragment shader stays here inside Program "vp"
                    #ifdef FRAGMENT
                    fragment shader codes
                    #endif
                    " 
                }

                SubProgram "metal"  {
                    some setup
                    Keywords{...}

                    //vertex shader codes in string
                    "..."
                }
            }

            Program "fp" // fragment program
            {
                SubProgram "gles" {
                    Keywords{...}
                    "// shader disassembly not supported on gles" //(because gles fragment shader codes are in Program "vp") 
                }

                SubProgram "metal" {
                    common setup
                    Keywords{...}

                    //fragment shader codes in string
                    "..."
                }
            }
        }
    }

    ...
}

Unity渲染路径(Rendering Path)种类

概述

开发者可以在Unity工程的PlayerSettings设置对渲染路径进行3选1:

  • Deferred Lighting,延迟光照路径。3者中最高质量地还原光照阴影。光照性能只与最终像素数目有关,光源数量再多都不会影响性能。
  • Forward Rendering,顺序渲染路径。能发挥出Shader全部特性的渲染路径,当然也就支持像素级光照。最常用、功能最自由,性能与光源数目*受光照物体数目有关,具体性能视乎其具体使用到的Shader的复杂度。
  • Vertex Lit,顶点光照路径。顶点级光照。性能最高、兼容性最强、支持特性最少、品质最差。

渲染路径的内部阶段和Pass的LightMode标签

每个渲染路径的内部会再分为几个阶段。
然后,Shader里的每个Pass,都可以指定为不同的LightMode。而LightMode实际就是说:“我希望这个Pass在这个XXX渲染路径的这个YYY子阶段被执行”。

Deferred Ligting

|渲染路径内部子阶段|对应的LightMode|描述
|-|-|
|Base Pass|"PrepassBase"|渲染物体信息。即把法向量、高光度到一张ARGB32的物体信息纹理上,把深度信息保存在Z-Buff上。|
|Lighting Pass|无对应可编程Pass|根据Base Pass得出的物体信息,在屏幕坐标系下,使用BlinnPhong光照模式,把光照信息渲染到ARGB32的光照信息纹理上(RGB表示diffuse颜色值、A表示高光度)
|Final Pass|"PrepassFinal"|根据光照信息纹理,物体再渲染一次,将光照信息、纹理信息和自发光信息最终混合。LightMap也在这个Pass进行。

Forward Rendering

|渲染路径内部子阶段|对应的LightMode|描述
|-|-|
|Base Pass|"ForwardBase"|渲染:最亮一个的方向光光源(像素级)和对应的阴影、所有顶点级光源、LightMap、所有LightProbe的SH光源(Sphere Harmonic,球谐函数,效率超高的低频光)、环境光、自发光。|
|Additional Passes|"ForwardAdd"|其他需要像素级渲染的的光源
注意到的是,在Forward Rendering中,光源可能是像素级光源、顶点级光源或SH光源。其判断标准是:

  • 配制成“Not Important”的光源都是顶点级光源和SH光源
  • 最亮的方向光永远都是像素级光源
  • 配置成“Important”的都是像素级光源
  • 上面2种情况加起来的像素级光源数目小于“Quality Settings”里面的“Pixel Light Count”的话,会把第1种情况的光源补为额外的像素级光源。

另外,配置成“Auto”的光源有更复杂的判断标注,截图如下:

2014-0720-1607-31-40.png

具体可参考Forward Rendering Path Details

Vertex Lit

|渲染路径内部子阶段|对应的LightMode|描述
|-|-|
|Vertex|"Vertex"|渲染无LightMap物体|
|VertexLMRGBM|"VertexLMRGBM"|渲染有RGBM编码的LightMap物体
|VertexLM|"VertexLM"|渲染有双LDR编码的LightMap物体

不同LightMode的Pass的被选择

一个工程的渲染路径是唯一的,但一个工程里的Shader是允许配有不同LightMode的Pass的。
在Unity,策略是“从工程配置的渲染路径模式开始,按Deferred、Forward、VertxLit的顺序,搜索最匹配的LightMode的一个Pass”。
比如,在配置成Deferred路径时,优先选有Deferred相关LightMode的Pass;找不到才会选Forward相关的Pass;还找不到,才会选VertexLit相关的Pass。
再比如,在配置成Forward路径时,优先选Forward相关的Pass;找不到才会选VertexLit相关的Pass。

移动设备GPU架构简述

《The Mali GPU: An Abstract Machine》系列以Arm Mali GPU为例子给出了全面的讨论,现简述如下:

  • Part 1 - Frame Pipelining
    • Application/Geometry/Fragment三阶段组成,三者中最大才是瓶颈
    • OpenGL的同步API是个“illusion”,事实上是CommandQueue(直到遇到Fence会被强制同步),以减少CPU/GPU之间的互相等待
    • Pipeline Throttle,为了更低的延迟,当GPU累积了多帧(往往是3帧,以eglSwapBuffers()Present()来区分帧)的Command时,OS会通过eglSwapBuffers()Present()来阻塞CPU让其进入idle,从而防止更多后续Command的提交
  • Part 2 - Tile-based Rendering
    • tile-based deferred rendering (WikiPowerVR/Mali/Adreno)是重要的概念。其将Fragment一帧处理多个比如16x16的单元,并为Shader集成一个小但快的cache,从而大幅避免Shader和主内存之间带宽消耗(电量消耗)
  • Part 3 - The Midgard Shader Core
    • GPU包含数个(当前常见为4-8个)Unified Shading Core,可动态分配用于Vertex Shader、Fragment Shader或Compute Kernel
    • 每个Unified Shader Core包含数个(当前常见为2个)用于SIMD计算的运算器Arithmetic Pipeline(A-pipe),1个用于纹理采样的Texutre Pipeline(T-pipe),1个用于非纹理类的内存读写的Load/Store Pipeline(LS-pipe)比如顶点属性写读、变量访问等
    • 会进行Early-ZS测试尝试减少Overdraw(依赖于渲染物体提交顺序由前至后)
    • Arm的Forward Pixel Kill和PowerVR的Hidden Surface Removal做到像素级别的Overdraw减少(不用依赖于渲染物体提交顺序由前至后)
    • 当Shader使用discardclip、在Fragment Shader里修改深度值、半透明,将不能进行Early-ZS,只好使用传统的Late-ZS
  • Part 4 - The Bifrost Shader Core
    • 2016年的新型号,对架构作出了优化

参考资源

  • Youtube:https://www.youtube.com/watch?v=hDJQXzajiPg (包括part1-6)。视频是最佳的入门方式没有之一,所以墙裂建议就算不看下文的所有内容,都要去看一下part1。
  • 书籍:《Unity 3D ShaderLab开发实战详解》
  • Unity各种官方文档

推荐阅读更多精彩内容