【Unite Tokyo 2019】SRPで一から描画フローを作ってみた！ ～Unity描画フローからの脱却～
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2019/9/25-6に開催されたUnite Tokyo 2019の講演スライドです。 堂前 嘉樹（株式会社ロジカルビート） こんな人におすすめ ・Unityの描画フローにもどかしさを感じているプログラマー ・最適化を図りたいと思っているプログラマー ・どのゲームエンジンを選択するか悩んでいるプログラマー 受講者が得られる知見 ・SRPを導入することで得られるメリット ・SRPを構築するための細かなテクニック ・描画フローの構築を一から行うための基礎知識 Unityのイベント資料はこちらから： https://www.slideshare.net/UnityTechnologiesJapan/clipboards
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- 3. 自己紹介 3
- 4. 自己紹介 4 — 株式会社ロジカルビートの代表取締役かつプログラマー。 — 新横浜にある、プログラマ主体の会社です。 — コンシューマ、スマホ、Unity、UE4、ネイティブと、なんでも対応。 — 前職は大手コンシューマ会社でグラフィックスプログラム担当。 — 2016年のUniteでも講演させてもらいました。 – Unity5を使った「いけにえと雪のセツナ」の雪世界の作り方 – https://www.youtube.com/watch?v=6RppDyZuTt4
- 5. はじめに 5
- 8. 8 チャレンジしてみた！
- 9. 9 今回やってみたこと
- 10. SRPを使ってやってみたこと 10 — 某レンダラーソフトのレンダリングを（ある程度）移植。 – 最適化や手間の兼ね合いである程度の処理は省いた。 – ポストフィルタも実装。 — iPhone XSをターゲットとして実行。 – fpsはこだわらなかったが、30fpsでは動いた。 — 検証期間・約3ヶ月。 — LWRPやHDRPからの派生ではなく、SRPを一から構築！
- 11. 機能詳細 11 — PBRベースのシェーディング。 – Microsurface(Gloss) – Diffusion(Lambertian / Subsurface Scatter) – ※Subsurface Scatterはポスト処理も並行。 – Reflectivity(Specular / Metalness) – Reflection(Mirror / Blinn Phong / GGX / Anisotropic) – ※Subsurface ScatterとAnisotropicの併用不可。 — ライトはDirectional LightとPoint Lightのみ対応。
- 12. 機能詳細 12 — ベースはDeferred Rendering。 – 半透明はForwardで対応。ディザパターンも可。 – G-Bufferは4枚～8枚利用。 – Subsurface ScatterやAnisotropicを利用する時は8枚。 — シャドウはシンプル。カスケード無し。 – カスケード対応の時間が無かった。 — SSAOも対応。SSRは非対応。 – こちらも時間不足で作り込めていません。
- 13. 13 ※Lee Perry-Smith の Infinite 3D Head Scan。クリエイティブ・コモンズ・ライセンス 3.0 (www.ir-ltd.net で入手可能)
- 14. 14 調整した状態 ※Lee Perry-Smith の Infinite 3D Head Scan。クリエイティブ・コモンズ・ライセンス 3.0 (www.ir-ltd.net で入手可能)
- 15. 15 ※Lee Perry-Smith の Infinite 3D Head Scan。クリエイティブ・コモンズ・ライセンス 3.0 (www.ir-ltd.net で入手可能) Screen Space Sub Surface Scatter off default max
- 17. 17 ※Lee Perry-Smith の Infinite 3D Head Scan。クリエイティブ・コモンズ・ライセンス 3.0 (www.ir-ltd.net で入手可能) UnityのStandard利用
- 18. 18
- 20. 20 注意点
- 23. SRPを使ってみて 23
- 24. 24 最初に所感
- 27. 27 Unityでの経験談
- 33. シャドウマップ自作 33 — Unityは通常、デプスシャドウでシャドウを描画する。 — ゲームのカテゴリやシチュエーションによっては、投影シャドウに したい場合がある。 – 主にセルフシャドウを必要としないシチュエーション。 – シャドウマップはR8程度でも良い。 — シャドウの処理をVSMにしたいということもあるかもしれない。 – その際はR16G16のシャドウマップを使いたい。 — シャドウマップのフォーマットは、ユーザー側では変更できない！
- 34. シャドウマップ自作 34 — それならシャドウマップを自作しようと試みたとする。 – 視錐台用のカメラを追加しなければならない。 – 独自フォーマットのRenderTextureを使いたいので。 – カメラ固有のCPU負荷が無駄に掛かる恐れがある。 – そのカメラ位置などを自前で計算しなければならない。 – Unity側で算出する情報は取得できないため。 – 品質の高い視錐台を作るためには計算コストが掛かる。 — 総じて手間が掛かって面倒！
- 38. 3D部と2D部での解像度変更 38 — 3D部分は必要に応じて解像度を動的に変えたい！ – 俗にいう動的解像度的なことが行えると良い。 — 2D部分はぼかしたくないのでフル解像度で描きたい。 — 3D→2Dで解像度を変えると、Cameraがまた必要になる。 – 3D→RenderTexture 2D→デフォルトターゲット – OnPreRender() ,OnPostRender(), OnRenderImage()もあるが、スクリ プトを用意しないといけないので手間。
- 39. 3D部と2D部での解像度変更 39 — 3D部分も、凝ったことがやりたくなる。 – 縮小バッファやSSAO等。 – SSAOはCommandBufferを使えば行けなくは無さそうだが、やや手間。 – 縮小バッファは、縮小バッファを作るところはCommandBufferで対応可 能そうだが、その後エフェクトを描画するところは別Cameraが必要。 （Layerが別なため）
- 41. 描画システム 41 Camera RenderTexture Camera Camera Camera RenderTexture RenderTexture RenderTexture RenderTexture RenderTexture RenderTexture RenderTexture prefab
- 43. RenderTextureとCamera管理 43 — 複数のRenderTextureとCameraを管理する仕組みが必要。 それをprefabで用意して、起動時に適応させるしかない。 — 不都合が多く出てくる。 – 起動させないと絵が確認できない。（Sceneビューで見れない） – 実行した時にprefabを真っ先にロードする必要がある。 – Camera間を跨ぐScript処理も書かないといけない。 – 「Camera作ったらこのスクリプトも付けて！」も発生。 — 総じて管理、作成コストが大きくかかる！
- 45. 45 そこでSRP！！
- 49. SRPの可能性 49 — SRPを使うと描画処理をほぼ乗っ取れるらしい？ — 使い方も割と簡単。 – RenderPipelineAssetを作り、Graphics Settingsに設定。 – スクリプト（MonoBehaviour）も特に必要ない。 — Unity描画フローを使うより楽になるのではないか？ レンダリング処理は完全に書かないとだけど。
- 50. SRPの中身を作る（基礎） 50
- 54. 54 一切何も表示されない！
- 55. 55 LWRPを参考にしたい！
- 56. 56 — LWRPのパッケージをインストールした状態。 — Library/PackageCacheにインストールしてあるパッケージ の実データ（スクリプトなど）が収められている。 — LWRPは左図の赤枠のところに収められている。
- 57. 最初の取っ掛かり 57 — SRPを新規に作ってRenderPipelineを空にする。 そうすると全く何も表示されない状態！ – 「完全にカスタマイズ」なので、当然と言えば当然。 — 最初はLWRPを参考にすると進めやすいです。 – というより、他に無いです。 — LWRP自体はLibrary/PackageCacheにあるので、それを見る。 – LWRPを改造する場合もここから。
- 58. 58 描画の簡単な流れ
- 61. 61 最低限の絵は実現できた
- 64. 64 大きなポイントは 2箇所
- 69. カリング処理 69 — カメラに対してオブジェクトの視錐台カリングを行う部分。 – カメラからカリングのための情報を取得。 – Camera.TryGetCullingParameters()で行う。 – 結果は「CullingResult」に格納される。 — ライトのカリングも行われる。 – 視錐台の外にあって、オブジェクトに影響を及ぼさない点光源などはここ で排除される。 – CullingResults.visibleLights — シャドウも考慮。
- 70. 70 フィルタリング＆ソート
- 72. 72 描画対象Layer設定
- 74. ソート＆フィルタリング処理 74 — 描画する部分を抑制する処理。 – 半透明だけ描く、不透明だけ描く。 – 特定のレイヤーは描画しない。（UIなど） – 描き方の種類を変える。（LightMode） — オブジェクトのソートの指定方法もここで行う。 – 不透明ならば手前から描く。半透明ならば奥から描く、とか。 — 独自にルールを作れる！！
- 76. SRPの中身を作る（拡張） 76
- 77. 77 自由に構築していい！！
- 78. 78 実験 縮小バッファ対応
- 79. 79
- 82. SRP処理内での拡張 82 — カメラのデフォルトターゲットに最終的な絵が出力されれば、そ の過程はかなり自由に処理してしまって構わない。 – デフォルトターゲットとは別のRenderTextureを用意して描く。 – シャドウマップのフォーマットを別のものにする、など。 — 縮小バッファも対応できた。 – デプスバッファを縮小コピーした上でブレンドバッファ描画。 — Deferredに限らず、Forward+も実現できるかもしれない。 – Compute Shaderが動かせればチャンスあるかも。
- 88. 88 設定を追加
- 90. ReflectionProbeの適応 90 — シェーダ内でunity_SpecCube0を参照しても適応されない！ — LWRPを調べてみると「DrawingSettings.perObjectData」に 「PerObjectData.ReflectionProbes」を設定していた。 – オブジェクト毎にどの描画設定を適応するか？の設定。 – 恐らく、SH（LightProbes）も適応できると思われる。 — ※unity_SpecCube0使用時は、「Light –Environment Reflections」の設定に気を付ける。
- 92. 92 ※Lee Perry-Smith の Infinite 3D Head Scan。クリエイティブ・コモンズ・ライセンス 3.0 (www.ir-ltd.net で入手可能) PPS適応前 PPS適応後
- 93. 93 適応したPPS
- 98. PostProcessing Stackの利用 98 — どうせならPostProcessing Stackを利用したいので試みる。 – 一からポストフィルタを作りたい気持ちはあるが、エンジンの機能はやは り活用できると好ましいので。 — 本家はCameraに付与すれば良かったが動作せず。 — こちらもLWRPで調査。 — 「PostProcessingRenderContext」を活用することで解決した！
- 100. 100
- 103. デフォルトUIシェーダの活用 103 — さすがにUIまで手を付けたくないので、既存のを使いたい。 だがデフォルトのUIシェーダはLightModeが無い！ — 例によってLWRPを調査。 — どうも「SRPDefaultUnlit」というのが該当LightModeだったよう なので、それを使って対処。
- 104. SRPの中身を作る（その先へ） 104
- 106. 106 デフォルトシェーダの変更
- 108. デフォルトシェーダの変更 108 — 独自シェーダを構築すると、デフォルトマテリアルも変えたくなる。 そんな要望もキチッとサポートされている。 — 通常モデル、UI、パーティクルなど、種類ごとに設定可能。 — RenderPipelineAssetのプロパティをoverrideすることで対応。
- 114. カリング方法の微調整 114 — カメラから取得したカリングパラメータを編集することにより、カ リングの仕方を微調整できそうな印象がある。 — オブジェクトカリングを敢えてしたくない局面もあるので、それが 出来ないか試してみることに。 – カリング処理でCPU負荷がかさんでしまうため。 – 特にUIなどでは不要なので、ずっとやりたかった。
- 115. カリング方法の微調整 115 — が、それっぽい「CullingOptions.DisablePerObjectCulling」を試 してもダメだった。 – ※余談ですが、「cullingPlaneCount」を変更してもダメでした。 — そもそもドキュメントに無いので、あまりオープンになっていない 機能かもしれない。 情報開示されると嬉しいです。
- 116. まとめ ＆ 要望 116
- 117. まとめ 117 — SRPを一から組んで、独自の描画フローを構築できた。 – 描画処理に詳しい人ほど、既存描画フローの挙動に悩まされることがある と思うので、気持ちいいことは気持ちいい。 – 他エンジンではこういった事が出来ないので、非常にポイント高い。 — 処理的にもスリム化が図れるので、描画処理が組める人は一か ら組んでも良いかもしれない。 – 非Unity系からの移植や、トゥーン系ならやりやすそう。 — Camera一つで完結するのも大きい！
- 118. まとめ 118 — が、エンジンの機能を享受しつつ独自フローを書くとなると、結局 調べ物が多くなる。 – 今回ならReflectionProbeなど。 – LWRPを調べつつ進めるスタンスになると思います。 — LWRPをベースに改造するスタンスも良いかと思います。 – ゲーム的に必要な機能が出てきたら改造する、的な。 — 一から組めるので、敢えて学生さんの勉強などにも良いかも。
- 119. 要望 119 — 要望として、LWRP自体の情報は出始めていますが、SRPを一か ら作る話をあまり見かけません。 ドキュメントも整備されていないです。 – 今回ならCullingOptionsなど。 — 細かい要望点は多いですが、とにかく情報が欲しいです。 — 今回の講演で「SRPで一から作ってみよう！」という人が増えてき て、情報が多く出てくると幸いです。