本章將接著上一篇文章，在初步實現一個渲染管線后來創建自定義的shader。上一篇文章的鏈接

?https://blog.csdn.net/yinfourever/article/details/90516602。在本章中，將完成以下內容：

• 寫一個HLSL Shader
• 定義constant buffer（常量緩沖區）
• 使用?Render Pipeline Core Library
• 支持動態合批和GPU instancing

本章最后實現的效果如下圖，多個不同顏色球體，只需要一個draw call

256個球體，只需要一個draw call

1.Custom Unlit Shader

1.1Creating a Shader

創建一個Shader，刪掉所有自帶的默代碼，寫入以下代碼。

將上一章創建的Unlit Opaque material指定為使用我們創建的這個新shader。

1.2 HLSL

Unity 新的SRP渲染管線使用HLSL，所以我們自定義的渲染管線也使用HLSL，我們使用HLSLPROGRAM?and?ENDHLSL

?一個Shader至少應該包含vertex函數（頂點shader部分）和fragment函數（片元shader部分）。我們命名UnlitPassVertex?for the vertex function and?UnlitPassFragment?for the other。但具體代碼我們不在這個文件中實現，而是分離到一個單獨的hlsl文件中，在這里include進來。

?在生成的Unlit.hlsl文件中，我們使用#ifndef來避免多次引用。之后，我們聲明Vertex函數的輸入參數結構體和輸出參數結構體

在vertex shader中，講輸入參數傳遞給輸出參數，在fragment shader中，返回1，這樣就完成了一個最簡單的shader架構，雖然參數還是有錯誤的（position參數沒有進行坐標變換處理直接從vertex shader傳入到了fragment shader）?

1.3?Transformation Matrices

從模型空間到裁剪空間需要兩步轉換，我們先用unity_ObjectToWorld矩陣轉換到世界坐標空間，再用unity_MatrixVP矩陣轉換到裁剪空間。

?我們可以通過一個小技巧來提高運算的效率，將input的position信息，從三維向量補齊成四維，可以大大加快運算效率。

1.4 Constant Buffers

Unity沒有直接提供MVP矩陣二是拆開成提供兩個矩陣M和VP是因為VP矩陣在一幀中不會改變，可以重復利用。Unity將M矩陣和VP矩陣存入Constant Buffer中以提高運算效率，M矩陣存入的buffer為UnityPerDraw buffer, 也就是針對每個物體的繪制不會改變。VP矩陣則存入的是UnityPerFrame buffer，即每一幀VP矩陣并不會改變。Constant Buffer并不是所有平臺都支持，目前OpenGL就不支持。

使用cbuffer keyworld來引入Constant buffer，constant buffer中還有很多其他的數據，暫時我們用不到，只使用這兩個矩陣

1.5 Core Library

? 因為constant buffer并不是支持所有平臺，所以我們使用宏來代替直接cbuffer keyword，使用CBUFFER_START 和CBUFFER_END?這兩個宏需要使用Core Library，通過package manager可以安裝。? 安裝成功后，在hlsl代碼中引入common.hlsl就可以使用這兩個宏了。

1.6 Compilation Target Level

我們使用#pragma target?指定shader level為3.5 代替默認的2.5，我們不支持OpenGL ES2那些老設備。

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1.7 Folder Structure

我們調整下文件目錄結構，使引用的文件都放入ShaderLibrary文件夾

2?Dynamic Batching

?現在使用我們新創建的這個shader去渲染大量球體時，可以看到每個球體各自占用一個draw call。在fram debugger中我們可以看到提示沒有合批的原因是我們沒有開啟動態合批。

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我們根據提示，即使打開了player setting中的Dynamic Batching option選項，依然不會有效果，這是因為player setting中設置的是unity默認的渲染管線，而我們現在使用的是自定義的渲染管線，所以需要代碼手動控制我們自己的這個管線開啟合批功能。

開啟后，我們發現合批依然沒有成功，根據提示，是因為物體的定點數太多，超過了動態合批的限制300。?

把球體換成頂點數很少的方體，動態合批就成功了，可以看到只有一個draw call?

2.2 Colors

當使用不同的material時，是不能動態合批的，為了證明這一點，我們加入color屬性。

?將color屬性存入constant buffer中

復制一份之前的material，將復制的material中的color屬性設置為其他顏色，我們可以看到合批結果為4個draw call。?這是因為對于每個material至少會產生一個draw call，unity中為了避免overdraw，會根絕空間位置信息分組渲染，對于每個material，往往會多于一個draw call。

debugger中可以看到提示不能合批的信息為使用了不同的material。?

2.3 Optional Batching

動態合批是一個提升渲染效率的好方法，但是并不是所有時候都有效，甚至會拖慢渲染效率。當場景中并不存在大量使用相同material的小mesh的時候，動態合批就沒什么用了，反而每幀關于動態合批的運算會降低效率。我們在自定義的渲染管線中加入一個bool值，來作為是否開啟動態合批的開關。

?在MyPipeline的構造函數中，傳入是否開啟動態合批的bool值

?在render函數中根據drawFlags設置動態合批是否開啟

?3 GPU Instancing

除了動態合批外，GPU Instancing也可以用于減少draw call。通過GPU Instancing，CPU告訴GPU在一個draw call中，渲染特定的mesh和material的組合多次。這使得使用相同mesh和material的物體渲染時不再像動態合批需要重新組成一個新的后批后的大mesh，這也就移除了對mesh大小的限制。

3.1?Optional Instancing

和之前的動態合批一樣，我們也引入一個bool值控制是否開啟GPU Instancing

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?3.2?Material Support

渲染管線開啟了GPU Instancing還不夠，還需要使得material支持GPU Instancing，通過添加#pragma multi_compile_instancing來產生shader 變體，一個支持GPU Instancing一個不支持。在Editor中material的設置中可以看到是否開啟GPU Instancing選項。

3.3?Shader Support

當GPU Instancing開啟時，GPU會使用相同的constant data渲染同一個mesh多次。但是因為每個物體的位置不同，所以M矩陣就不同。為了解決這個問題，會在constant buffer中存入一個數組，用于存儲待渲染的物體的M矩陣。每一個instance根據自身的index，從數組中取用數據。

我們使用unity提供的UNITY_MATRIX_M這個宏，在core library中的這個宏可以支持instancing，在使用矩陣數組的時候可以取出對應的矩陣

?使用該宏需要引用UnityInstancing.hlsl這個文件。

?當時用Instancing時，物體的index或被gpu傳入頂點數據中，UNITY_MATRIX_M這個宏需要使用這個index數據，我們將Index數據加入到Vertex shader函數的輸入結構體中，在Vertex Shader的處理函數中使用UNITY_SETUP_INSTANCE_ID?這個宏來使其生效。

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?除了?object-to-world matrices, 默認?world-to-object矩陣也存在了constant buffer中。但是目前我們沒有需求使用他們，所以可以通過#pragma instancing_options assumeuniformscaling去掉他們提高性能?

3.4 Many Colors

之前我們想實現一個場景中多個顏色的物體只能使用多個material，但是如果使用類似存儲M矩陣的方式操作color屬性，就可以實現用一個matrial渲染多種顏色物體。

首先創建一個腳本，包含要使用的color數據。

?其次通過MaterialPropertyBlock函數創建一個MaterialPropertyBlock實體，通過它來設置material中的顏色。這些操作寫入了OnValidate函數中，使得在editor中可以看到顏色變化效果。

?通過去掉局部變量，可以優化效率。

這時就可以用一個material渲染多種顏色了，但是到目前為止，每個物體都會產生draw call?

?3.5?Per-Instance Colors

像M矩陣處理的方式一樣，我們也將color屬性以數組形式存入constant buffer中，在使用時通過index從數組中取出。

不同于M矩陣Unity已經幫我們處理好了，color屬性需要我們自己手動創建constant buffer并存入其中

在vertex shader函數的輸出中，也要把index數據傳遞到fragment shader函數中。在fragment shdare的處理函數中，根據index取用color數據

這時，我們只需使用一個material就能實現多顏色物體的渲染了，并且可以實現合并draw call。但是要注意的是constant buffer能存儲多少數據是有限制的，最大數量的Instance取決于每個instance需要多少數據，除此之外，不同平臺最大限制也不同。同時instance draw call的合并依然也要求需要是相同的mesh和material，比如下圖中的方形和圓形雖然使用相同的material，但因為mesh不同所以依然需要不同的draw call進行渲染。

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總結

以上是生活随笔為你收集整理的Unity SRP自定义渲染管线 -- 2.Custom Shaders的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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