一、 基础知识
在写shader时，往往会在shader中定义多个宏，并在shader代码中控制开启宏或关闭宏时物体的渲染过程。最终编译的时候也是根据这些不同的宏来编译生成多种组合形式的shader源码。其中每一种组合就是这个shader的一个变体(Variant)。
Material所包含的Shader Keywords表示启用shader中对应的宏，Unity会调用当前宏组合所对应的变体来为Material进行渲染。
在Editor下，可以通过将material的inspector调成Debug模式来查看当前material定义的Keywords，也可在此模式下直接定义Keywords，用空格分隔Keyword。
在程序中，可用Material.EnableKeyword()、Material.DisableKeyword()、Shader.EnableKeyword()、Shader.DisableKeyword()来启用/禁用相应的宏。Enable函数应与Disable函数相对应。若一个宏由Material.EnableKeyword()开启，则应由Material.DisableKeyword()关闭，Shader.DisableKeyword()无法关闭这个宏。Material中定义的Keywords由Material的函数进行设置。
multi_compile与shader_feature
multi_compile与shader_feature可在shader中定义宏。两者区别如下图所示：
- 定义方式
定义方式中值得注意的是，#pragma shader_feature A其实是 #pragma shader_feature _ A的简写，下划线表示未定义宏(nokeyword)。因此此时shader其实对应了两个变体，一个是nokeyword，一个是定义了宏A的。
而#pragma multi_compile A并不存在简写这一说，所以shader此时只对应A这个变体。若要表示未定义任何变体，则应写为 #pragma multi_compile __ A。
- 宏的适用范围
multi_compile定义的宏，如#pragma multi_compile_fog，#pragma multi_compile_fwdbase等，基本上适用于大部分shader，与shader自身所带的属性无关。
shader_feature定义的宏多用于针对shader自身的属性。比如shader中有_NormalMap这个属性(Property)，便可通过#pragma shader_feature _NormalMap来定义宏，用来实现这个shader在material有无_NormalMap时可进行不同的处理。
- 变体的生成
#pragma multi_compile A B C
#pragma multi_compile D E
则此时会生成 A D、A E、B D、B E、C D、C E这6中变体。
shader_feature要生成何种变体可用shader variant collection进行自定义设置。
- 默认定义的宏
当material中的keywords无法对应shader所生成的变体时，Unity便会默认定义宏定义语句中的首个宏，并运行相应的变体来为这个material进行渲染。
multi_compile与shader_feature都默认定义首个宏，如下表所示:
二、如何控制项目中Shader变体的生成
项目中shader的生成方式主要有三种，其优缺点如下表所示：
而我们希望的结果是在保证渲染效果正确的情况下，要尽可能的控制项目中shader的变体数量，避免产生冗余资源。幸运的是，Unity已经为我们准备好了解决方案：ShaderVariantCollection。
- ShaderVariantCollection介绍
Shader Variant Collection是用来记录shader中哪些变体是实际使用的。其优点主要有：在shader_feature与multi_compile结合使用时，能够设置生成何种变体，从而避免生成不必要的变体；shader不必和material打在一个包中，避免了多个包中存在相同的变体资源；明确直观的显示了哪些变体是需要生成的。
在Unity中可以通过Create->Shader-> Shader Variant Collection，就可以新建一个shader variant collection文件，shader variant collection 的使用如下图所示：
点击增加变体后，会出现变体选择窗口
配置好需要生成的变体后，将collection与shader打在同一个包中，便能准确生成面板中所配置的shader变体。
- ShaderVariantCollection生成变体规则
除了在collection中配置的变体会被生成外，Unity还在后台为我们多生成了几个变体，这几个变体是“隐藏的”，并未在collection面板中显示。
1.必定生成首个宏定义开启所对应的变体。
Shader中通过#pragma shader_feature A定义了宏A，并在collection中加入了宏A所对应的变体，如下图所示：
此时生成的变体除了collection中已经存在的ForwardBase A外，还会生成变体ForwardBase nokeyword。因为只定义单个宏时，A 为 _ A的简写。实际上首个被定义的宏为nokeyword，故 nokeyword所对应的变体必定会被生成。
同理，以 #pragma shader_feature A B C来定义宏时，即使collection中未添加变体Forward A，这个变体也必定会被生成(当shader的PassType仅有ForwardBase)。
2.Shader中有多个Pass时变体的生成规则 ：
a. 读取ShaderVariantCollection中已存在的变体，获取它们的Keywords。
b. 将这些Keywords分别与每个Pass的多组Keywords列表求交集，取交集中Keywords数量最多得那组。
c. 用得到的Keywords与对应的PassType生成ShaderVariant，并添加到ShaderVariantCollection中。
d. 若得到得交集中有新的Keywords，则回到b。
上述过程类似递归。例如：
Shader 中有 ForwardBase、ForwardAdd、Normal 三种PassType(以下为了方便简称Base、Add、 Normal)。定义的宏如下：
此时若ShaderVariantCollection中包含的变体是 Base ABC，Add AE。则此时生成的变体为：这三种PassType的默认定义的宏(nokeyword)所对应的变体(3个)以及原先直接包含的Base ABC、Add AE。除此之外Unity还会额外生成Add A、Base A、Normal A、Normal AB、 Base AB、Normal AE这6个变体。
ABC ∩ Add AE -> Add A (A is NewKeyword)
A ∩ Base ABC -> Base A
A ∩ Normal ABE -> Normal A
ABC ∩ Normal ABE -> Normal AB (AB is NewKeyword)
AB ∩ Base ABC -> Base AB
AE ∩ Normal ABE -> Normal AE
- 变体的调用规则
当collection将变体准确生成后，便能在运行时通过修改material中的keywords来实现对不同变体的调用。
假设某collection生成的变体只有Forward ABC，Forward ABE，Forward nokeyword这三种，则此时调用关系如下：
三、项目中对Shader Variant的管理
- 项目中变体的添加
那么项目中是如何确定哪些变体是需要加到collection中的呢？我们的做法是：
1.遍历每一个Material，提取其shader keywords。
2.将获得的keywords与shader的每个PassType所包含的宏定义做交集，并将其结果添加到collection中。
举个简单的例子，Material中的Keywords为A B C D，则shader的PassType、PassType中所定义的宏、需要往collection中添加的变体则如下表所示：
需要说明的是，我们自己的代码里为了降低变体生成逻辑的复杂度、保持collection面板上变体的直观性，不将Unity为我们额外生成的那几个变体添加到collection面板中，但要记得Unity是会为我们生成额外的变体的。
- Shader编写规范
1.建议使用shader_feature时将定义语句写成完整模式，并且不要在一个语句中定义多个宏。
完整模式：#pragma shader_feature _ A，不建议写成#pragma shader_feature A。
不建议在一个语句中定义多个宏，如： #pragma shader_feature _ A B C，若一定要定义多个宏，请务必将其写成完整模式，不使用完整模式在切换shader时可能会与想要的效果不一致，具体原因尚未测得。
2.若在shader中使用shader_feature，请为这个shader指定一个CustomEditor
每个使用shader_feature来定义Keyword的shader都需要再末尾加个 CusomEditor “xxxx”，并在代码中实现类xxxx(需继承自UnityEditor.ShaderGUI)，用来对Keywords定义进行设定。
这么做是因为Material中的部分Keyword是由shader中的属性(Properties)所控制的。比如shader中含有_NormalMap的属性并且定义了与_NormalMap相关的Keyword，这个Keyword需要在Material含有NormalMap时添加，不含NormalMap时移除。这个功能可由自定义的CustomEidtor实现。
具体如何写这个CustomEditor类可参考Unity builtin_shaders\Editor\StandardShaderGUI.cs。该文件可去Unity官网下载，下载时选择内置着色器即可。
3. 如果需要在代码中开关宏，请使用multi_compile来定义这个宏，以免变体丢失。