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【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～
26 de Sep de 2019•0 recomendaciones•11,844 vistas
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Tecnología
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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【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～
- 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～ 株式会社ロジカルビート 代表取締役 / プログラマー 堂前 嘉樹
- 自己紹介 3
- 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
- はじめに 5
- 6 Scriptable Render Pipeline （SRP）
- 7 LWRP HDRP LWRPやHDRPの情報は良く見るようになったが、 SRPで新規構築する話はあまり見ない！
- 8 チャレンジしてみた！
- 9 今回やってみたこと
- 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！
- 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。
- 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 ※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 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 ※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
- 16 Gloss Metalness 0.0 1.0 1.00.0
- 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
- 19 自前でリッチな 描画が出来た
- 20 注意点
- 21 Unity 2018.3.14f1 ↓ Unity 2019.2.5f1
- 22 「LWRP」で統一します （※2019.3からUniversal Render Pipeline）
- SRPを使ってみて 23
- 24 最初に所感
- 25 最高です！ 積極的に使っていきたい
- 26 Unityの描画フローに もどかしさ
- 27 Unityでの経験談
- 28 その1 投影テクスチャシャドウに変更したい！
- 29 カメラが作る画像 シンプルな影でいい
- 30 シャドウマップ デプス比較 影を作る 必ずデプスバッファ デプスシャドウ
- 31 シャドウマップ 影を作る デプス比較せず描画 R8バッファでも良い が、変更できない！ 投影テクスチャシャドウ
- 32 カメラを置いて シャドウマップを無理矢理作る ボリュームを どう作る？ Castオブジェクトだけ 描画するのが大変 Camera増によるコスト
- 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！
- 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！
- 35 その2 3D部と2D部での解像度変更
- 36 3Dモデル等の描画 ポストフィルタ処理等 2D描画（UI） ・キャラクターや背景などの描画。 ・GPUコストが掛かりやすい。 ・フル解像度ではなく、縮小させた解 像度のバッファで描きたい。 （動的解像度も視野） ・縮小して描いた3D部分のバッファ を、ポストフィルタを掛けつつ、フル 解像度に戻したい。 ・モデル等は描かない。 ・ゲーム的に必要なUIを描画。 ・ディスプレイと同じ解像度（フル解 像度）で描きたい。 Camera Camera Camera
- 37 3Dモデル等の描画 不透明 半透明 SSAO 縮小バッファ etc..
- 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。
- 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）
- 40 その3 RenderTextureとCamera管理
- 描画システム 41 Camera RenderTexture Camera Camera Camera RenderTexture RenderTexture RenderTexture RenderTexture RenderTexture RenderTexture RenderTexture prefab
- 42 Cameraが複数必要 それぞれにスクリプトも 必要になる 実行時に真っ先に ロードしないといけない Scene Game Sceneビューで確認できない！
- 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！
- 44 他にも もどかしいところが たくさん・・・
- 45 そこでSRP！！
- 46 https://docs.unity3d.com/ja/2018.1/Manual/ScriptableRenderPipeline.html
- 47 バイナリを作成 （RenderPipelineAsset） Graphics Settingsに設定
- 48 特別なスクリプトも不要 （今回は追加しましたが。。）
- 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。
- SRPの中身を作る（基礎） 50
- 51 ※弊社ブログで（近日中に）補足します https://logicalbeat.jp/blog/
- 52 「完全にカスタマイズ」 どのレベル？
- 53 最小のRenderPipeline処理
- 54 一切何も表示されない！
- 55 LWRPを参考にしたい！
- 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。
- 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 描画の簡単な流れ
- 59 最低限動作するRenderPipeline処理
- 60 それに対応するシェーダ（Unlit相当）
- 61 最低限の絵は実現できた
- 62 最低限動作するRenderPipeline処理 カメラ一つずつに対して処理
- 63 カメラのVPマトリクスなどを作ってる？ フィルタリング＆ソート 描画命令 レンダラやライト等のカリング処理 最低限動作するRenderPipeline処理 終了処理
- 64 大きなポイントは 2箇所
- 65 レンダラやライト等のカリング処理 フィルタリング＆ソート
- 66 レンダラやライト等のカリング処理
- 67 不要なRendererとライトを省く
- 68 https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Rendering.CullingResults.html
- 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 フィルタリング＆ソート
- 71 LightModeの合致 Queueが範囲内 2500 2000 0
- 72 描画対象Layer設定
- 73 手前から奥に描画 https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Rendering.SortingCriteria.html
- 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！！
- 75 シンプルながらも 描画が出来た！
- SRPの中身を作る（拡張） 76
- 77 自由に構築していい！！
- 78 実験 縮小バッファ対応
- 79
- 80 Camera.targetTexture RT（A） RT（B） Copy Depth Merge Blit 単一のCameraで実現できる！！ LightMode=lbForward Queue→0～2500 LightMode=lbParticle Queue→2500～3000
- 81 Camera.targetTextureの 縦横70%サイズのRT（A）を用意 RT（A）にQueue→0～GeometoryLast まで描画（要するに不透明描画） RT（A）にポストフィルタ描画（SSAO等） RT（A）の縦横1/2サイズのRT（B）を用意 RT（B）のデプスバッファに RT（A）のデプスバッファをコピー RT（B）にLightMode＝lbParticle のみ描画 RT（A）のカラーバッファに RT（B）のカラーバッファを合成 RT（A）にポストフィルタ描画（ブルーム等） Camera.targetTextureにRT（A）をコピー World UI（体力ゲージ的なの）を描画
- 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。
- 83 Unityの機能は どれくらい活用できるか？
- 84 ReflectionProbeの適応
- 85 ビルトインシェーダでのunity_SpecCube0利用
- 86 unity_SpecCube0を使ってみた
- 87 https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Rendering.DrawingSettings.html https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Rendering.PerObjectData.html DrawingSettings.perObjectData PerObjectData.ReflectionProbes
- 88 設定を追加
- 89 unity_SpecCube0が適応できた
- 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。
- 91 PostProcessing Stack の適応
- 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 適応したPPS
- 94 PostProcessing Stackの OnPreCull()とOnPreRender()
- 95 SRP利用時は動作しないようになっている！
- 96 private関数なので外から呼べない！
- 97 PostProcessingRenderContextというのがあったので それを活用して実現
- 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！
- 99 デフォルトUIシェーダ の活用
- 100
- 101 LightModeが存在しない！！ ビルトインシェーダのUI/Default
- SRPDefaultUnlitにすると 表示される！ LWRPのUI描画部分
- 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。
- SRPの中身を作る（その先へ） 104
- 105 小ネタをいくつか （※未検証のもあります）
- 106 デフォルトシェーダの変更
- 107 https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Rendering.RenderPipelineAsset.html 新規マテリアル生成時に 特定のシェーダを付与してくれる！
- 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。
- 109 カリング方法の微調整 （※検証不足）
- 110 カリングに負荷がかかる！ ので、あえて行わないようにしたいことがある
- 111 https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Rendering.ScriptableCullingParameters.html Cameraのカリングパラメータ cullingOptionsが怪しい？
- 112 https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Rendering.ScriptableCullingParameters-cullingOptions.html CullingOptionsのドキュメントが無い！！ ので、メンバを調査 怪しいの発見
- 113 DisablePerObjectCulling None 結果は変わらず・・・
- 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。
- 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。
- まとめ ＆ 要望 116
- 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！
- 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。
- 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。
- Thank you!! Twitter：@yoshiking2000 Twitter：@logicalbeat_jp
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