Unityではじめるオープンワールド制作 エンジニア編
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2019/9/5に開催されたCEDEC2019の講演スライドです。 講師：山村達彦（ユニティ・テクノロジーズ・ジャパン合同会社） ：大下岳志（ユニティ・テクノロジーズ・ジャパン合同会社） Unityのイベント資料はこちらから： https://www.slideshare.net/UnityTechnologiesJapan/clipboards
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Unityではじめるオープンワールド制作 エンジニア編
- 1. Unityではじめるオープンワールド制作 エンジニア編 Tatsuhiko Yamamura @ Unity Takeshi Oshita @ Unity
- 5. を、モバイルで。
- 6. DOTS （Data-Oriented Technology Stack） • ECS • オブジェクトの管理と処理の制御 • JobSystem • 並列処理 • Burst • 高速なアセンブリを出力するコンパイラ •連続して同じ処理を行いたい •素早くオブジェクトを集めたい •並列で処理したい •データを効率的に処理したい
- 7. 最終的な結果 広いステージ 多いオブジェクト スムーズな ロード・アンロード 1km ✕ 1kmの広域を表現 合計20万 Entity (4万LOD） メインスレッドのスパイク2ms以下
- 9. • 超広域マップにおける誤差問題は 今回はノータッチ • ECSベースの 物理演算（Unity Physics）は未使用 ColliderはGameObjectで配置 • キャラクターの挙動制御は 従来のMonoBehaviourを使用 なお…
- 13. • 大量のGameObjectは嫌なので、 Entityに変換 • シーン上に配置したオブジェクトの 配置を、そのまま使用したい • Sceneエディターを使いたい GameObjectからECSへ変換
- 14. ECSとGameObjectではデータが異なる GameObject Translation Mesh Renderer Transform Mesh Filter Rotation Scale RenderMesh Transform Matrix Entity Position Scale Rotation Mesh Material Shadow Lighting
- 15. 対応するコンポーネントへコンバート Translation Rotation Scale RenderMesh Transform Matrix EntityGameObject Mesh Renderer Transform Mesh Filter Position Scale Rotation Mesh Material Shadow Lighting Conversion System Conversion System
- 16. GOからEntityへ変換するシステムを用意 変換するGO一覧から 「Light」を持つモノを抽出 LightComponentを 作り中身を埋める Entityに LightComponentを登録
- 18. ConvertToEntityでGOからEntityへ変換 • GameObjectをEntityへ変換 • 既存のコンポーネントを活用する場合は コチラを使用する e.g. Translationの位置でAnimatorのパラメーターを変更する等。 TranslationはECSで計算し、結果をAnimatorに注入する
- 20. • エディターでGameObjectをEntityへ変換 • ECSのEntity/Componentエディターという立ち位置も • SubScene以下のオブジェクトは 全てEntityへ変換される SubSceneワークフロー
- 21. SubSceneワークフロー EditorDisk Scene GameObjects GameObjects Game GameObjects Entities/ Component Convert
- 26. サブシーン変換手順
- 28. 全部を含めると広域をロードしすぎる・・・ Root OBJ 1 OBJ 2 OBJ 3 OBJ 4 OBJ 5 OBJ 6 OBJ 7 OBJ 8 …
- 29. fff f f f SubScene (0, 0) SubScene (1, 0) SubScene (2, 0) SubScene (2, 1) SubScene (2, 2) SubScene (1, 2) SubScene (0, 2) SubScene (1, 1) SubScene (0, 1) グリット毎にGOを分割してSubSceneに変換 Root1 OBJ 1 OBJ 2 Root2 OBJ 3 OBJ 4 Root3 OBJ5 OBJ 6 Root4 OBJ 7 OBJ 8 …
- 30. •All Game Object 約 1分35秒 •ECS 約 8秒 ゲームプレイ開始までの時間も短く ECSでもSubScene編集時は 開いているオブジェクトの数だけ 起動時間が伸びる
- 31. コンバーターは無ければ変換されない GameObject Translation Rotation Transform Matrix Renderer TreeTag Mesh Renderer Transform TreeTagC Mesh Filter Grid LOD Generator Scale Convert Convert Convert • 変換先がなければ コンポーネントは パフォーマンスに 影響を及ぼさない • オブジェクトに拡張 用コードを登録しても 特に問題は無い
- 34. Entity毎にコンポーネントが纏められるように見えるが… var pos = EntityManager.GetComponentData<Translation>(entity); Entity Translation Rotation Collider Entity Translation Rotation Collider Entity Translation Rotation Collider Entity Translation Rotation Collider Entity Translation Rotation Collider Rigidbody Rigidbody
- 35. オブジェクト間のメモリは連続して置かれる Translation Translation Translation Translation Translation RotationRotationRotationRotationRotation Health Health Health RigidbodyRigidbodyRigidbody Transform Matrix Transform Matrix Transform Matrix Renderer Transform Matrix Transform Matrix Renderer Renderer Renderer Renderer Player Enemy Enemy Translation Rotation Health Rigidbody Transform Matrix Renderer Enemy Tree Tree Translation Translation RotationRotation Transform Matrix Transform Matrix Renderer Renderer Tree Tree
- 36. 実態は構造体の配列 Translation Translation Translation Translation Translation RotationRotationRotationRotationRotation Health Health Health RigidbodyRigidbodyRigidbody Transform Matrix Transform Matrix Transform Matrix Renderer Transform Matrix Transform Matrix Renderer Renderer Renderer Renderer Player Enemy Enemy Translation Rotation Health Rigidbody Transform Matrix Renderer Enemy Tree Tree Translation Translation RotationRotation Transform Matrix Transform Matrix Renderer Renderer Tree Tree Array[] Array[]
- 37. EntityはデータにアクセスするためのID Translation Translation Translation Translation Translation RotationRotationRotationRotationRotation Health Health Health RigidbodyRigidbodyRigidbody Transform Matrix Transform Matrix Transform Matrix Renderer Transform Matrix Transform Matrix Renderer Renderer Renderer Renderer Player Enemy Enemy Translation Rotation Health Rigidbody Transform Matrix Renderer Enemy Tree Tree Translation Translation RotationRotation Transform Matrix Transform Matrix Renderer Renderer Tree Tree Entity Array[] Array[]
- 38. 配列にIDを渡して参照するイメージ Translation Translation Translation Translation Translation RotationRotationRotationRotationRotation Health Health Health RigidbodyRigidbodyRigidbody Transform Matrix Transform Matrix Transform Matrix Renderer Transform Matrix Transform Matrix Renderer Renderer Renderer Renderer Player Enemy Enemy Translation Rotation Health Rigidbody Transform Matrix Renderer Enemy Tree Tree Translation Translation RotationRotation Transform Matrix Transform Matrix Renderer Renderer Tree Tree TransformMatrix [ Entity ]
- 39. Chunk Chunk Chunk コンポーネントの組み合わせでチャンクを分割 Translation Translation Translation Translation Translation RotationRotationRotationRotationRotation Health Health Health RigidbodyRigidbodyRigidbody Transform Matrix Transform Matrix Transform Matrix Renderer Transform Matrix Transform Matrix Renderer Renderer Renderer Renderer Player Enemy Enemy Translation Rotation Health Rigidbody Transform Matrix Renderer Enemy Tree Tree Translation Translation RotationRotation Transform Matrix Transform Matrix Renderer Renderer Tree Tree 実際にはChunkという単位で分割
- 40. チャンク単位でのアクセス Translation Translation Translation Translation Translation RotationRotationRotationRotationRotation Health Health Health RigidbodyRigidbodyRigidbody Transform Matrix Transform Matrix Transform Matrix Renderer Transform Matrix Transform Matrix Renderer Renderer Renderer Renderer Player Enemy Enemy Translation Rotation Health Rigidbody Transform Matrix Renderer Enemy Tree Tree Translation Translation RotationRotation Transform Matrix Transform Matrix Renderer Renderer Tree Tree Chunk Chunk Chunk 「特定の組み合わせ」を持つデータを素早く取得
- 41. ArchetypeArchetypeArchetype • Chunk （データ構造） • Entity （チャンク内のデータにアクセスするキー） • Archetype （Entityが持っているデータの組み合わせ） • Shared Component Data （複数のEntityから参照できるデータ） SubSceneの中身 Chunk Chunk Chunk Chunk Shared Component Data Type Manager Entities
- 42. ArchetypeArchetypeArchetype • Chunk （データ構造） • Entity （チャンク内のデータにアクセスするキー） • Archetype （Entityが持っているデータの組み合わせ） • Shared Component Data （複数のEntityから参照できるデータ） SubSceneの中身 Chunk Chunk Chunk Chunk Shared Component Data Type Manager Entities SubScene
- 43. “実際にゲームでロードする流れ”
- 49. SubScene ロードすべきもの ArchetypeArchetypeArchetype Chunk Chunk Chunk Chunk Shared Component Data Entities アセット郡 Prefab
- 52. SubSceneB ChunkはSubScene毎に独立している SubSceneA Chunk Chunk Chunk Chunk SubSceneID (B) SharedComponentData SubSceneID (A) SharedComponentData チャンクが独立しているので、 既にあるChunkに値をマージはしなくても良い
- 54. Assets SharedComponentData • Shared Component Dataが参照する Prefabを経由してアセットを参照 • 通常と同様のアセット読込 アセットのロード RenderMesh SubSceneRenderMesh RenderMesh Prefab
- 58. Main WorldにEntityをマージ Entities Entities Staging World Main World Remap
- 59. SubSceneを非同期でロード Main World Staging World Staging World Staging Wor
- 60. SubSceneを非同期でロード Main World Staging World Staging World Staging Wor Load Request
- 61. SubSceneを非同期でロード Main World Staging World Staging World Staging Wor Load Shared Components Load Entities ECS Data Load Async Load Async メモリ的に独立してるので 別スレッドでも無問題
- 62. SubSceneを非同期でロード Main World Staging World Staging World Staging Wor Load Shared Components Load Entities ECS Data Move メインワールドに統合 マージだけなので 短期間で終わる
- 63. SubSceneのアンロード SubSceneBSubSceneA Chunk Chunk Chunk Chunk SubSceneID (B) SharedComponentData SubSceneID (A) SharedComponentData SubSceneIDを参照しているチャンクを開放する
- 65. “ロード終了、次は描画周り”
- 66. • 全体で4万LOD • 遠い距離のオブジェクトも表現 • ついでにポリゴンも多い （初期画面、1200万ポリゴン） たくさんのオブジェクトを表現したい
- 67. • ECSで使えるレンダラー • 同じタイプのメッシュを連続して描画（バッチング） • カリング、LOD、HLOD付き • MeshRendererとMeshFilterからの変換 • 描画はBatchRendererGroupを使用 ハイブリットレンダラー
- 69. 描画のバッチング Translation Rotation Scale Transform Matrix RendererMesh Translation Rotation Scale Transform Matrix Translation Rotation Scale Transform Matrix Translation Rotation Scale Transform Matrix Translation Rotation Scale Transform Matrix Translation Rotation Scale Transform Matrix Translation Rotation Scale Transform Matrix Translation Rotation Scale Transform Matrix RendererMesh RendererMesh RendererMesh RendererMesh RendererMesh RendererMesh RendererMesh Render Bounds WorldRender Bounds Render Bounds Render Bounds Render Bounds Render Bounds Render Bounds Render Bounds Render Bounds WorldRender Bounds WorldRender Bounds WorldRender Bounds WorldRender Bounds WorldRender Bounds WorldRender Bounds WorldRender Bounds
- 79. ステージの親にStaticOptimizeEntityを追加 Root Grid1 LOD LOD0 LOD1 LOD2 LOD LOD0 LOD1 LOD2 Grid2 子オブジェクトに対して最適化
- 81. ChunkBounds ChunkBounds ChunkBounds ChunkBounds ChunkBounds ChunkBounds ChunkBounds チャンク毎に 描画範囲を持つ
- 90. HLODの構築 LOD 0 LOD 1 LOD 2 HLOD 1 HLOD 0 LOD 0 HLOD用モデルはエディター拡張で作成
- 94. • バッチの特性上、透明は描画順で問題を起こす （奥の透明が手前に描画される事も） • Bakeしたライトマップは使えない LightProbeとリアルタイムシャドウを使う • BatchRendererGroupが SRP Batcherと相性が悪い ハイブリットレンダラーの問題点
- 95. “モバイルで動かそう”
- 96. • CPU的には超余裕 • 発熱やばい • GPUがやばい 動かしてみた iPhoneX
- 97. • Vertex Shaderに72ms • だいたいCutoutのせい • 絵的に許せる物はShaderをTransparentへ • 草をポリゴン切り抜きにしたかった（希望 • トライアングルをLODで減らす 12M → 4Mへ • LODのバイアス 2 → 1 頂点シェーダーの負荷
- 99. • ビルボード • mpostorsを使うと、頂点数を 大幅に減らせる • モデルによっては絵が 破綻する事も Impostors
- 101. • 描画処理を 複数のスレッドに分割 Graphics Jobs RenderThread RenderThread WorkerThread WorkerThread WorkerThread
- 102. • 放置すると、あっさり発熱アップ • 熱が上がるとパフォーマンスが下がる • レンダリング頻度をへらす機会を作る • OnDemandRendering.renderFrameIntervalを使う （SRPでレンダリングをスキップする、PlayerLoopを操作する等でも可） 発熱対策
- 105. • 広いステージ • 多いオブジェクト • 早いロード・アンロード まとめ • 効率的なバッチ処理 • 広域描画時に使えるHLOD • 積極的な処理のスキップ • ステージの段階的なロード・アンロード • 高速でスパイクの少ないロード処理 • 多くの処理の並列化