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docs/mcguide/20-玩法开发/18-性能优化/Shader优化.md

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+hard: 进阶
+time: 30分钟
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+
+# Shader优化
+
+## 前言
+
+为了做出更加炫酷的效果，我们往往会自定义材质，然后定义自己的Shader，或者直接重写替换原版Shader，特别是目前的很多光影MOD，基本都需要对Shader进行修改。Shader与GPU性能密切相关，Shader写得好能让配置不是很高的玩家也能流畅体验炫酷的效果。写得不好，则可能导致高端机也很卡。
+
+## 尽量少用 if else 条件语句
+
+GPU是并行处理逻辑的，采用SIMD（单指令多数据）结构, 同一段代码，同一时刻会被多个GPU的处理单元同时处理，这段代码的执行耗时取决于会被执行到的时间最长的代码。为了充分发挥GPU的并行性，我们尽量少用条件分支逻辑，让所有GPU处理单元都执行相同的代码。
+
+if else的写法如果底下逻辑不多，大部分可以合并，则常常可以改用step()函数进行优化
+
+step(a,b)的功能为：
+```glsl
+若b >= a则返回1，否则返回0
+```
+
+所以如果有这么一个写法：
+```glsl
+if(r >= 0.5)
+{
+    r = 0.6;
+}else{
+    r = 0.4;
+}
+```
+
+则应该写成：
+```glsl
+r = 0.4 + step(0.5, r) * (0.6 - 0.4);
+```
+
+逻辑上相当于若r >= 0.5 ，则:
+```glsl
+r = 0.4 + 1 * 0.2 = 0.6;
+```
+否则r < 0.5，则:
+```glsl
+r = 0.4 + 0 * 0.2 = 0.4;
+```
+由此即可消去if else语句。
+
+
+- 错误写法:
+(if else大量使用)
+```python
+    // 简单的卡通着色例子，把连续的颜色值映射到几个特殊的离散的值上面
+    //根据传入的颜色值取得一个新的颜色值, 这里为了展示简单，我们用仅用一个通道进行举例
+    void main()
+    {
+        color.r = getNewRedColor(color.r);
+        ...(省略无关代码)
+    }
+    float getNewRedColor(float r)
+    {
+        float newR;
+        if(r >= 0.6)
+        {
+            newR = 0.8;
+        }else if(r >= 0.3)
+        {
+            newR = 0.5;
+        }else{
+            newR = 0.1;
+        }
+        return newR;
+    }
+```
+
+- 正确写法:
+(分开每帧只处理5个)
+```python
+    // 简单的卡通着色例子，把连续的颜色值映射到几个特殊的离散的值上面
+    //根据传入的颜色值取得一个新的颜色值, 这里为了展示简单，我们用仅用一个通道进行举例
+    void main()
+    {
+        color.r = getNewRedColor(color.r);
+        ...(省略无关代码)
+    }
+    float getNewRedColor(float r)
+    {
+        float newR = 0.0;
+        newR = newR + step(0.6, r) * 0.8;
+        newR = newR + step(0.3, r) * step(r, 0.6) * 0.5;
+        newR = newR + step(r, 0.3) * 0.1;
+        return newR;
+    }
+```
+
+## 循环语句
+
+for, while这类的循环语句内部实现其实也会有条件判断if else语句，并行性比较低，所以如果可以不用尽量不用，但这并不是让大家去复制粘贴多少次代码，这没有意义，则是尽量从逻辑上避免循环逻辑的出现，如果实在需要使用，则建议循环体内不要做太多耗性能的操作。
+除此之外，循环变量一定要记得初始化！变量的初始值在不同设备上有时候是不一样的, 比如int的初始值并不一定在所有设备上都是0。
+
+- 错误写法:
+(循环变量i没有初始化)
+```python
+    for(int i; i < 5; i ++)
+    {
+        func();
+    }
+```
+在一些设备上i的值会被初始化为0，循环5次没有问题。但在一些设备上，i的默认值可能是一个没有意义的数，甚至是负数！例如是−2147483648，上面循环则会循环超级多次，玩家会直接卡到动不了。
+
+- 正确写法:
+(分开每帧只处理5个)
+```python
+    //这里i一定要给一个默认值
+    for(int i = 0; i < 5; i ++)
+    {
+        func();
+    }
+```
+
+## 精美贴图开关
+
+开关在游戏中的位置：设置->视频->精美贴图
+开发者可根据玩家是否开启精美贴图执行不一样的shader逻辑。这里需要声明两个文件，materials/sad.json 和 materials/fancy.json。我们先看下原版中两个文件的内容：
+```python
+    sad.json:
+    [
+        {"path":"materials/sad.material"},
+        {"path":"materials/entity.material"},
+        {"path":"materials/terrain.material"},
+        {"path":"materials/portal.material"},
+        {"path":"materials/barrier.material"},
+        {"path":"materials/wireframe.material"}
+    ]
+
+    fancy.json:
+    [
+        {"path":"materials/fancy.material", "+defines":["FANCY"]},
+        {"path":"materials/entity.material", "+defines":["FANCY"]},
+        {"path":"materials/terrain.material", "+defines":["FANCY"]},
+        {"path":"materials/hologram.material"},
+        {"path":"materials/portal.material", "+defines":["FANCY"]},
+        {"path":"materials/barrier.material"},
+        {"path":"materials/wireframe.material"}
+    ]
+```
+
+开启精美贴图的时候会加载下面的材质，不开启的话加载上面的材质。我们用一个材质进行举例，比如sad和fancy中都有的terrain.material材质，fancy中不同在于额外定义了FANCY字段，则在Shader中可以这样写：
+```python
+    void main()
+    {
+#ifdef FANCY
+    //这里可以做更多的逻辑，渲染更好的效果
+    renderBeautiful();
+#else
+    // 这里是关闭了精美贴图，这里不应该执行过多逻辑，只需要提供简单的显示效果就可以了
+    renderSimple();
+#endif
+    }
+```
+
+## 降低精度
+
+通常来说，我们写的shader不需要过于关注精度，因为大部分情况下性能瓶颈不在这里，但一些过于复杂，大部分玩家都说卡的MOD，建议可以考虑在精度方面做一些优化。
+
+shader中变量精度越低，GPU运算越快，精度分为3档，关键字分别为：
+```glsl
+低：lowp
+中：mediump
+高：highp
+```
+
+int（整数）：建议256内的整数使用lowp, 1024内的整数使用mediump，其它情况则使用highp
+float(浮点)：建议256内的浮点数使用lowp, 16384内的浮点数使用mediump，其它情况则使用highp
+
+默认精度:
+```glsl
+顶点着色器中float, int均为highp
+像素着色器中int为mediump，float根据设备不同无默认精度
+```
+声明方法例子(直接把精度关键字加在变量类型前面)：
+```glsl
+lowp float color
+```
+
+## 移除无用变量与逻辑
+
+部分开发者编写Shader的时候可能会偷下懒，从自己以前写的代码里面复制粘贴过来，但这部分代码可能有很多逻辑或者变量都没有用上，导致大量的运算是无意义浪费性能的，需要去掉。
+
+- 错误写法:
+(包含大量无用逻辑)
+```python
+    void main()
+    {
+        //这里声明多个变量，又或许是从其它地方复制过来，具体值先省略
+        A = ...;
+        B = ...;
+        C = ...;
+
+        //这里只用了变量A；B和C都没有用到
+        DoSomeThingWithA(A);
+        return;
+    }
+```
+
+- 正确写法:
+(删除无用逻辑)
+```python
+    void main()
+    {
+        //只留下A，把其它没用上的都删除掉
+        A = ...;        
+
+        //这里只用了变量A；B和C都没有用到
+        DoSomeThingWithA(A);
+        return;
+    }
+```
+
+## 分级做多个MOD版本
+
+开发者可根据Shader复杂度上架不同版本，举个例子，例如可以有“网易光影低配版”， “网易光影高配版”，玩家看名字就大概知道对性能有不同的要求了，让玩家下载时自行选择。