texture-packing-variant-stripping

Unity 移动端的纹理打包与着色器变体剥离

触发条件

当用户正在处理 Unity 中的纹理优化、通道打包、着色器变体膨胀、构建大小、着色器编译时间或着色器关键字管理时，请使用此技能。触发词包括：“通道打包”“纹理打包”“遮罩贴图”“MODS 贴图”“RMA”“着色器变体”“变体剥离”“multi_compile”“shader_feature”“构建大小”“着色器关键字”“Always Included Shaders”“IPreprocessShaders”，或用户抱怨着色器编译缓慢或构建体积过大。

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纹理通道打包

通道打包会将多张灰度贴图存储在一张 RGBA 纹理中。这可以减少纹理采样次数和内存带宽占用——后者是移动端的主要瓶颈。

标准 URP 打包约定

Mask Map (single RGBA texture):
  R = Metallic
  G = Occlusion (AO)
  B = Detail mask (or custom)
  A = Smoothness

最佳实践

1. 将视觉上最重要的遮罩放在 Green 通道中。 人眼对绿色最敏感，而且大多数纹理压缩格式（ETC2、ASTC、DXT）会给绿色分配更多位数。

2. 将相关数据打包在一起。 如果金属度和光滑度总是一起采样，就将它们放在同一张纹理中。

3. 打包遮罩纹理时使用线性色彩空间（而非 sRGB）。在 Unity 中，对任何非颜色数据（粗糙度、AO、金属度、高度）的纹理导入设置取消勾选“sRGB”。

4. 一次纹理采样可替代四次。 不要这样写：

   // BAD — 4 texture samples
   half metallic = SAMPLE_TEXTURE2D(_MetallicMap, sampler_MetallicMap, uv).r;
   half ao = SAMPLE_TEXTURE2D(_AOMap, sampler_AOMap, uv).r;
   half detail = SAMPLE_TEXTURE2D(_DetailMask, sampler_DetailMask, uv).r;
   half smooth = SAMPLE_TEXTURE2D(_SmoothnessMap, sampler_SmoothnessMap, uv).r;
   

   改用：

   // GOOD — 1 texture sample
   half4 masks = SAMPLE_TEXTURE2D(_MaskMap, sampler_MaskMap, uv);
   half metallic = masks.r;
   half ao = masks.g;
   half detail = masks.b;
   half smooth = masks.a;
   

进阶：地形打包

Unity 的 Shader Graph 17.4 地形采样示例展示了进阶打包方法，可将 4 层地形的纹理采样次数从 12 次减少到 5 次：

• CNS 打包：在一组数据中打包颜色（RGB）、法线（RG → 重建 B）和光滑度
• CHNOSArray：将颜色、高度、法线、遮挡、光滑度打包进纹理数组

HLSL 通道打包辅助函数

// Pack 4 grayscale values into RGBA
half4 PackChannels(half metallic, half ao, half detail, half smoothness)
{
    return half4(metallic, ao, detail, smoothness);
}

// Reconstruct normal Z from XY (for normal map packing)
half3 UnpackNormalRG(half2 normalRG)
{
    half3 n;
    n.xy = normalRG * 2.0h - 1.0h;
    n.z = sqrt(1.0h - saturate(dot(n.xy, n.xy)));
    return n;
}

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着色器变体管理

变体爆炸问题

每个 multi_compile 关键字都会使变体数量成倍增加：

#pragma multi_compile _ _A        → 2 variants
#pragma multi_compile _ _A _B     → 3 variants
#pragma multi_compile _ _A
#pragma multi_compile _ _B        → 2 × 2 = 4 variants
#pragma multi_compile _ _A
#pragma multi_compile _ _B
#pragma multi_compile _ _C        → 2 × 2 × 2 = 8 variants

加上 URP 内置关键字（阴影、雾效、附加光源等），单个着色器就可能生成数千种变体。

影响

• 构建时间：复杂着色器需要 20 分钟以上
• 构建大小：着色器数据超过 100MB（对 WebGL 至关重要）
• 运行时内存：变体切换会额外产生 20-40% 的绘制调用
• WebGL：着色器编译会阻塞主线程——变体越多，卡顿时间越长

shader_feature 与 multi_compile 的区别

	shader_feature	multi_compile
编译内容	仅编译构建中材质使用的变体	编译所有组合
适用场景	材质专属开关	全局状态（雾效、阴影）
未使用的变体	自动剥离	无论是否使用都会包含
本地版本	shader_feature_local（最多 64 个）	multi_compile_local（最多 64 个）
全局版本	shader_feature（最多 256 个）	multi_compile（最多 256 个）

规则：对所有可控功能（材质开关、功能标志）使用 shader_feature。只有 Unity 全局控制的功能（雾效、光照贴图、实例化）才使用 multi_compile。

推荐的 URP 关键字剥离设置

如果未使用以下功能，请剥离对应关键字：

// In an IPreprocessShaders implementation:
static readonly ShaderKeyword[] STRIP_KEYWORDS = new[]
{
    new ShaderKeyword("_ADDITIONAL_LIGHTS"),          // If using main light only
    new ShaderKeyword("_ADDITIONAL_LIGHT_SHADOWS"),   // If no additional light shadows
    new ShaderKeyword("_SHADOWS_SOFT"),               // If using hard shadows only
    new ShaderKeyword("_MIXED_LIGHTING_SUBTRACTIVE"), // If not using mixed lighting
    new ShaderKeyword("_SCREEN_SPACE_OCCLUSION"),     // If not using SSAO
    new ShaderKeyword("LIGHTMAP_SHADOW_MIXING"),      // If not mixing lightmaps + realtime
    new ShaderKeyword("_LIGHT_LAYERS"),               // If not using light layers
    new ShaderKeyword("_REFLECTION_PROBE_BLENDING"),  // If not blending reflection probes
    new ShaderKeyword("_REFLECTION_PROBE_BOX_PROJECTION"), // If not using box projection
};

URP 资源功能剥离

在 URP 资源设置中，禁用未使用的功能，以避免编译相关变体：

• 附加光源 → 关闭（仅使用方向光时）
• 阴影 → 减少级联数量，禁用软阴影
• 后期处理 → 不使用时禁用
• HDR → 不需要时禁用
• 环境反射 → 使用烘焙反射时禁用

平台条件编译

// Include features only on platforms that can handle them
#if defined(SHADER_API_MOBILE) || defined(SHADER_API_GLES) || defined(SHADER_API_GLES3)
    // Mobile/WebGL: simplified path
    #define MOBILE_SHADER 1
#else
    // Desktop: full features
    #define MOBILE_SHADER 0
#endif

half4 frag(Varyings i) : SV_Target
{
    half4 color = SampleAlbedo(i.uv);
    
    #if !MOBILE_SHADER
        // Desktop-only: normal mapping, specular, etc.
        color.rgb += SampleNormalAndLight(i);
    #endif
    
    return color;
}

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适用于移动端/网页的纹理压缩

格式	平台	每像素位数	质量	备注
ASTC 4×4	Android（ES 3.0+）、iOS	8	最佳	所有移动端平台的首选
ASTC 6×6	Android（ES 3.0+）、iOS	3.56	良好	用于不太重要的纹理
ASTC 8×8	Android（ES 3.0+）、iOS	2	可接受	背景/远处纹理
ETC2	Android（ES 3.0+）、WebGL 2.0	4-8	良好	WebGL 2.0 默认格式
ETC1	Android（ES 2.0）	4	尚可	不支持 Alpha 通道
PVRTC	iOS（较旧版本）	2-4	不定	旧格式，优先使用 ASTC

对于通道打包纹理：使用 ASTC 4×4 或 ETC2，并采用线性色彩空间。避免将 PVRTC 用于遮罩贴图——它的块压缩会在锐利的遮罩边界处造成明显伪影。

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优化检查清单

• 所有灰度贴图都已打包到共享纹理的 RGBA 通道中
• 打包纹理以 Linear（而非 sRGB）模式导入
• 最重要的遮罩数据使用绿色通道
• 材质开关使用 shader_feature，而非 multi_compile
• 尽可能使用本地关键字（shader_feature_local）
• 在 URP Asset 中禁用未使用的 URP 功能
• 清理 Always Included Shaders 列表（Project Settings > Graphics）
• 添加用于剔除未使用关键字的 IPreprocessShaders 剥离脚本
• 检查构建日志中的变体数量（查找 "Compiled N shader variants"）
• 所有移动端纹理均使用 ASTC 或 ETC2 压缩
• 从项目中移除 Standard Shader（改用 Simple Lit 或自定义着色器）

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来源

• Unity 6 URP 通道打包纹理 — https://docs.unity3d.com/6000.3/Documentation/Manual/urp/shaders-in-universalrp-channel-packed-texture.html
• Unity Learn：面向移动端的纹理通道打包 — https://learn.unity.com/course/3d-art-optimization-for-mobile-gaming-5474/
• Shader Graph 17.4：地形打包 — https://docs.unity3d.com/Packages/[email protected]/manual/Shader-Graph-Sample-Terrain-Packing.html
• Polycount Wiki：通道打包 — http://wiki.polycount.com/wiki/ChannelPacking
• Unity 6：着色器变体剥离 — https://docs.unity3d.com/6000.3/Documentation/Manual/shader-variant-stripping.html
• Unity 博客：剥离可脚本化着色器变体 — https://unity.com/blog/engine-platform/stripping-scriptable-shader-variants
• Unity 博客：着色器变体优化技巧 — https://unity.com/blog/engine-platform/shader-variants-optimization-troubleshooting-tips
• Unity 手册：shader_feature 与 multi_compile 的区别 — https://docs.unity3d.com/2020.2/Documentation/Manual/SL-MultipleProgramVariants.html
• TheGamedev.Guru：着色器变体剥离 — https://thegamedev.guru/unity-cpu-performance/shader-variants-stripping/
• Unity Web：移除未使用资源 — https://docs.unity3d.com/2022.3/Documentation/Manual/web-optimization-remove-resources.html
• Unity Learn：优化图形 — https://learn.unity.com/tutorial/optimizing-graphics-in-unity