Présentation du système d’instancing dans endless legend reskin lors du 10e meetup Unity3D le 17 mars 2015 http://www.meetup.com/Paris-Unity/events/220950443/

1. SYSTÈME D’INSTANCING

2. TIMOTHÉE RAULIN

3. PLAN
PROBLÈME SOLUTION RÉSULTATS PLUS LOIN

4. PROBLÈME

5. Situation
 Nombre d’objets à l’écran
 Nombre d’objets dans le
monde
 Temps de « fabrication » du
contenu d’une zone
 Mémoire nécessaire pour
stocker le contenu d’une zone
Objectifs
 Performance CPU/GPU
 Mémoire CPU/GPU
 Temps réel
PROBLÈME

6.  En moyenne 10 000 draw call dès qu’on dezoom
 Batching dynamique …
 Mauvais frame rate (CPU bound) mais régulier
 Éditeur friendly
UNITY. DE BASE

7.  Lent
 Mémoire gigantesque
 Très lent en fait!
 Bon frame rate mais grosse saccade + out of memory
 Pas éditeur friendly
UNITY.COMBINEMESH

8. PLAN
PROBLÈME SOLUTION RÉSULTATS PLUS LOIN

9.  Encodage dans une texture
 Décodage au vertex-shader
 Implémentation
 Performance
 Mémoire
SOLUTION UTILISÉE

10.  1 pixel = 4 * 8 bits ou 2 * 16 bits
 2 * 8 bits = 16 bits => 65536
• 1 => 255 (8 bits) ou 65535 (16 bits)
 Encodage d’un objet avec 3 pixels:
• 3 * 16 bits => x, y, z ( 1 + ½ pixels)
• 2 * 16 bits => Orientation + scale 2d (xz ) (1 pixel)
• 1 * 16 bits => scale Y (½ pixel )
 D’autres encodages possibles (plus de pixels & bits)
ENCODAGE | DÉCODAGE

11. int valueIn0_1_8bit = System.Math.Max(0, System.Math.Min(255, (int)(valueIn01 * 255.0f)));
UnityEngine.Color32 color = new UnityEngine.Color32((byte)valueIn0_1_8bit, …, … ,… );
int valueIn0_1_16bit = (int)System.Math.Max(0, System.Math.Min(65535, (int)(valueIn01 * 65535.0f)));
int lowBits = 255;
int highBits = 255 << 8;
UnityEngine.Color32 color = new UnityEngine.Color32((byte)(valueIn0_1_16bit & lowBits), ((byte)((valueIn0_1_16bit &
highBits) >> 8), …, …)
float4 texContent = tex2Dlod(_EncodedContentTexture, texCoord);
float valueIn0_1 = texContent.x;
float valueIn0_255 = 255 * texContent.x; //on récupère exactement la valeur valueIn0_1_8bit
float4 texContent = tex2Dlod(_EncodedContentTexture, texCoord);
float valueIn0_65535 = texContent.x * 255 + texContent.y * 255 * 256; //on récupère exactement la valeur
valueIn0_1_16bit
float valueIn0_1 = valueIn0_65535 / 65535;
FORMULES
 Encoder en 8 bits - un float entre 0 et 1
 Encoder en 16 bits
 Décoder en 8 bits
 Décoder en 16 bits

12.  Strip de mesh : Pour chaque mesh de chaque type de décors, on
prépare un mesh qui est une répétition de copie de ce mesh. Dans
le strip de mesh, on ajoute la composante couleur où l’on encode
l’index de la copie dans la série
 On encode l’affichage d’un groupe d’objet de même type en une
bande de pixel
 On transmet au vertex-shader l’endroit où il faut commencer à lire
et le nombre d’objet qu’il faut décoder
tree tree4tree0 tree1 tree2 tree3 tree4 tree5 tree6
DÉCODAGE AU VERTEX-SHADER

13.  On utilise la version de UnityEngine.Graphics.DrawMesh avec 9
paramètres dont un MaterialPropertyBlock
 MaterialPropertyBlock : contiendra ce qui change par
DrawMesh : le _StartUV, le MeshCount, la bounding box, etc…
 UnityEngine.Shader.SetGlobalXXX : pour ce qui ne change pas
par draw, en particulier la texture de contrôle
IMPLÉMENTATION 1/2

14. X lo X hi Y lo Y hi Z lo Z hi Fx lo Fx hi Fz lo Fz hi Up lo Up hi X lo X hiUp lo Up hi
Instance 0 Instance 1 Instance 2 Instance 3 Instance 4
Shader parameters
_ControlTex
_StartUV
_ObjectCount
float instanceIndex = 255 * vertex.color.x;
int pixelCountPerInstance = 3;
float2 baseTexCoord = _StartUV.xy + float2(_ControlTex_TexelSize.x * (pixelCountPerInstance * instanceIndex), 0) +
_ControlTex_TexelSize.xy * 0.5f;
float4 controlValue0 = tex2Dlod (_ControlTex, float4(baseTexCoord, 0, 0));
float4 controlValue1 = tex2Dlod (_ControlTex, float4(baseTexCoord + float2(_ControlTex_TexelSize.x, 0), 0, 0));
float4 controlValue2 = tex2Dlod (_ControlTex, float4(baseTexCoord + float2(2 * _ControlTex_TexelSize.x, 0), 0, 0));
float valueX01 = (controlValue0.x * 255 + controlValue0.y * 255 * 256) / 65535;
(…)
float3 pos = lerp(_MinBBox.xyz, _MaxBBox.xyz, float3(valueX01, valueY01, valueZ01));
(…)
float visible = step(colorIndex, _ObjectCount – 0.5);
controlValue0 controlValue1 controlValue2
_ControlTex
…
…
…
Zoom +

15.  A partir d’un ensemble de groupe d’objets disparates, on
fabrique un ensemble de groupe d’objets de même type
 On les encode dans la texture de contrôle
 On envoie les commandes de rendu avec DrawMesh
IMPLÉMENTATION 2/2

16.  La consultation de la texture au vertex-shader est gratuite!
• Il faut être GPU bound pour le voir
• Il faut vraiment beaucoup de vertex alors que généralement le
coût principal vient des pixels
• Même dans ce cas là, on a seulement quelques % de différence
 Remplir une texture sans mip-map à partir d’un tableau de
color32, n’est pas très cher
PERFORMANCES

17.  Ca pique!! Chaque type d’objet est répliqué, parfois plusieurs
centaines de fois
 En cause certaines limitations de Unity
 Ajuster la taille des strips de mesh
 Optimiser le layout mémoire
• Encoder la normale dans la couleur
• Encoder la tangeante dans la normale
MÉMOIRE

18.  Pour le debug et la mise au point, pouvoir switcher entre
« Unity pur » et « instancing », le premier définissant la
référence
 Nécessite une autre manière de regrouper les meshs pour
certains éléments
 Animation : manipuler quelques pixels pour bouger un objet
DIVERS

19. TA TA TATATA * *AIR CONNU

20. PLAN
PROBLÈME SOLUTION RÉSULTATS PLUS LOIN

21.  Nombre de draw call réduit
 Temps de régénération et coût de stockage d’une zone réduit
 Zéro alloc ou presque en réutilisant les buffers de stockage
 Empreinte mémoire importante à t=0 mais quasi constante
par la suite
 Animation de certains éléments facilitée
 Nécessite une certaine infrastructure et un certain
investissement pour la mise au point
RÉSULTATS

22. PLAN
PROBLÈME SOLUTION RÉSULTATS PLUS LOIN

23.  Travailler avec des valeurs entières permet d’avoir des indices
et donc des tableaux d’objets consultables
 Il n’est pas prohibitif de faire au pixel shader ce genre
d’opération
 On peut produire le contenu de texture d’encodage à partir
d’un rendu et donc animer au GPU
PLUS LOIN

24. traulin@amplitude-studios.com
MERCI