Shader Graph踩坑实录

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前言

　　Demo也到了做渲染的时候了，经过一番鏖战后，算是大体完成了。但随着后续需求的到来，发现这套纯代码的Shader方案对于扩展、复用等方面有着诸多不便。于是便打起了Shader Graph的主意……经过一番纠缠，于是有了本篇踩坑实录。另附源码地址，但本篇并不会对其做讲解。基于Unity2020.1.0a20，渲染管线为URP7.18。

优劣

　　首先要明确的是：Shader Graph不支持Builtin渲染管线，且尚未处于彻底成熟的阶段，哪怕是最新版本尚有不少缺陷。但瑕不掩瑜，且说其优劣：

  • 优点
    • 由于节点化与Sub Graph的存在，Shader的组装将变得相当容易，极大提升了模块化水平。
    • 调整Property与Keyword变得相当方便，纯代码下将需要多些工序。
    • 内置各种节点，降低了美术参与创作的门槛。
    • 能够实时预览每个节点造成的变化预览，虽然对我而言没啥用。
  • 缺点
    • 编辑器尚不够稳定，经常会出现整个程序崩溃的情况。
    • 生成的代码不够优化，比较暴力，存在各种分支判断、重复函数（也许最终会优化？）
    • 由于Slot机制的原因，可能会出现很多运算集中在片元着色器中。
    • 对于创建Pass并不友好，需要修改源码。

来龙

　　其实一般的浅度Shader Graph使用者并不会如我这般踩这么多坑：直接使用内置的Graph模板进行创作即可。不幸的是，如前文所言：对于创建Pass并不友好，需要修改源码。于是便开始了踩坑之旅……
　　在默认情况下，Unity的Package将保存在工程的Library/PackageCache目录下，这样子是不能直接修改源码的（Library目录下的东西属于可再生物，随时会被覆盖），需将之搬迁至工程的Packages目录下。
　　对于考虑到日后Shader Graph的版本升级情况，所以尽可能的不要修改原工程的内容，而是尽量新建文件。但考虑到Shader Graph源码下存在不少inner元素，直接在外面写自己的内容也并非彻底可行。只能直接在Shader Graph包下进行添加文件的方式了，这也是要将之移至Packages目录的原因。
　　我要做的事情相当明确：新建一个自定义的Graph类型。在URP下已经自带Unlit与PBR两种类型了，于是本人便基于Unlit Graph并结合先前实现的Shader的特性进行新类型的创作。

去脉

　　我们能接触到Unlit Graph创建的起点便是Project区下右键菜单的Create->Shader->Unlit Graph了，直接在Shader Graph源码包下全局搜索Create/Shader/Unlit Graph即可找到：
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　　照葫芦画瓢在同目录下弄个新文件实现相同功能即可，这下我们便知道Unlit Graph的正主了：UnlitMasterNode。经过研究发现，它决定了在编辑器下Unlit Master Node的样式：
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　　但这只是个壳子罢了，根据代码中的IUnlitSubShader为引，找到了其核心：
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　　这个UniversalUnlitSubShader的作用相当简单：根据编辑器的设置生成Shader代码。如上图便可看出定义Pass数据结构的行为，这也是诱使我来改源码的直接原因。在里面你将见到形如这般的代码：

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var unlitMasterNode = masterNode as UnlitMasterNode;
var subShader = new ShaderGenerator();
subShader.AddShaderChunk("SubShader", true);
subShader.AddShaderChunk("{", true);
subShader.Indent();
{
    var surfaceTags = ShaderGenerator.BuildMaterialTags(unlitMasterNode.surfaceType);
    var tagsBuilder = new ShaderStringBuilder(0);
    surfaceTags.GetTags(tagsBuilder, "UniversalPipeline");
    subShader.AddShaderChunk(tagsBuilder.ToString());
    
    GenerateShaderPass(unlitMasterNode, m_UnlitPass, mode, subShader, sourceAssetDependencyPaths);
    GenerateShaderPass(unlitMasterNode, m_ShadowCasterPass, mode, subShader, sourceAssetDependencyPaths);
    GenerateShaderPass(unlitMasterNode, m_DepthOnlyPass, mode, subShader, sourceAssetDependencyPaths);   
}
subShader.Deindent();
subShader.AddShaderChunk("}", true);

　　如此情况便变得相当清晰了，只要清楚你想生成怎样的Shader代码，在摸熟了生成代码的API，便可自由地进行创作了。通过右键节点可以随时查看生成的代码情况：
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注意事项

　　也许看似还算简单，但其中坑点还是有不少的：

  • 不要尝试采用继承的形式去新建新类型，其本身代码就没打算让你这么做，必然会碰壁，除非改源码（如此便违反原则了）
  • 做出了修改后，要到对应的Graph文件进行Save操作触发检测。
  • 也许是检测的原因，有时候HLSL代码做出了修改后不会被识别到，需要换下行。
  • Shader Graph生成的着色器参数有着自己的一套处理方式，务必参考自带的代码。
  • Unlit Graph的主Pass并没有LightMode，想做背面Pass的时候要注意下。
  • Unlit Graph将渲染模式、混合模式、剔除做成节点设置并不是一个好选择（无法让材质修改），推荐按照URP的方式做成材质属性。5
  • Shader Graph对于生成的Shader代码存在分支数限制，需要到Preference->Shader Graph进行修改上限。值得一提的是，全局Keyword与局部Keyword似乎是分别对待的。
  • Shader Graph并不存在完整的环境，它是无法识别到一些渲染管线里的函数的。所以在编写Custom Shader的时候需要加上#if SHADERGRAPH_PREVIEW分支判定以处理在编辑模式下的情况：
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void MainLight_float(float3 WorldPos, out float3 Direction, out float3 Color, out float DistanceAtten, out float ShadowAtten)
{
#if SHADERGRAPH_PREVIEW
    Direction = float3(0.5, 0.5, 0);
    Color = 1;
    DistanceAtten = 1;
    ShadowAtten = 1;
#else
#if SHADOWS_SCREEN
    float4 clipPos = TransformWorldToHClip(WorldPos);
    float4 shadowCoord = ComputeScreenPos(clipPos);
#else
    float4 shadowCoord = TransformWorldToShadowCoord(WorldPos);
#endif
    Light mainLight = GetMainLight(shadowCoord);
    Direction = mainLight.direction;
    Color = mainLight.color;
    DistanceAtten = mainLight.distanceAttenuation;
    ShadowAtten = mainLight.shadowAttenuation;
#endif
}

后记

　　现在感觉游戏开发的未来方向就是连连看了，从这点来说UE4的确算是时代前沿。在编辑器里加入逻辑控制元素，让更多人能加入创作，尽可能地解放生产力，的确是游戏开发所需要的。