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CEDEC2016: Unreal Engine 4 のレンダリングフロー総おさらい
2016年8月25日にパシフィコ横浜にて開催されたCEDEC2016の講演資料です。UE4のレンダリングフローの概要を説明しています。(Epic Games Japan 篠山範明) http://cedec.cesa.or.jp/2016/session/VA/12631.html
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CEDEC2016: Unreal Engine 4 のレンダリングフロー総おさらい
- 1. Unreal Engine 4の レンダリングフロー総おさらい Epic Games Japan Senior Support Engineer 篠山 範明 16:30 5
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- 12. “ProfileGPU” コマンドor “Ctrl+ Shift + ,”で Renderingの処理の流れが見えます。
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- 18. 本日話さない事 • Render ThreadからRHI Threadへのコマンドの積み方 • RHI ThreadからGPUコマンド発行プロセス • 俺俺G-buffer拡張方法 • .usfのコンパイルプロセス • DX12が(以下略)
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- 20. 本日のアジェンダ • Renderingフローをもう少し掘り下げる • 各項目毎に掘り下げる(仮) •Z-Prepass • BasePass • (Custom-Depth/Stencil) • Lighting • Transparency • Reflection • Fog • まとめ(振り返り)
- 21. 備考 • 本資料はすぐにアップされます。 説明で出てくるコマンドを逐一メモする必要はありません • エディターは英語版で説明を行います。 •UE4.13を想定しています。 • 質疑応答は予定しておりません。
- 22. 本日のアジェンダ • Renderingフローをもう少し掘り下げる • 各項目毎に掘り下げる •Z-Prepass • BasePass • (Custom-Depth/Stencil) • Lighting • Transparency • Reflection • Fog • まとめ(振り返り)
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- 33. Base Passで行われること Opaque /Maskedマテリアルのオブジェクトを レンダリングし、G-bufferを作成する。
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- 45. Base Passで注意すべきこと • 無駄な頂点を計算させない •無駄なピクセルを計算させない • 無駄にシェーダを重たくしない (こちらはマテリアル作成の問題で今回は触れない)
- 46. Base Passで注意すべきこと • 無駄な頂点を計算させない カメラに入らないオブジェクトをGPUに投入させない •無駄なピクセルを計算させない • 無駄にシェーダを重たくしない (こちらはマテリアル作成の問題で今回は触れない) 8(5)
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- 55. 無駄な頂点を計算させない カメラに入らないオブジェクトをGPUに投入させない。 Init Views やFreezeRendering で、 画面に映らないオブジェクトがGPUに投入されていないか確認してみましょう。 また、各プラットフォームのGPU解析ツールで、 GPUから見たプロファイルもできます。 (こちらは、エンジニアにお願いしましょう！)
- 56. Base Passで注意すべきこと • 無駄な頂点を計算させない カメラに入らないオブジェクトをGPUに投入させない •無駄なピクセルを計算させない • 無駄にシェーダを重たくしない (こちらはマテリアル作成の問題で今回は触れない)
- 57. Base Passで注意すべきこと • 無駄な頂点を計算させない カメラに入らないオブジェクトをGPUに投入させない •無駄なピクセルを計算させない • 無駄にシェーダを重たくしない (こちらはマテリアル作成の問題で今回は触れない) 13(+7)16:43
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- 59. Depth Test 0. 何もないシーンに。。。 ColorBuffer Depth Buffer
- 60. Depth Test 1. 赤いポリゴンが描画されて。。。 ColorBuffer Depth Buffer①
- 61. Depth Test 2. 青いポリゴンが描画されて。。。深度比較されて遠くのオブジェクトは消える。 ColorBuffer Depth Buffer① ②
- 62. Depth Test Q. この赤の裏に隠れた青のピクセル達は、計算されるんでしょうか？？？ ColorBuffer Depth Buffer① ②
- 63. 描画の流れをGPU的に追っていきます。 Color Buffer DepthBuffer Pixel Shader Rasterizer Vertex Shader
- 64. 描画の流れをGPU的に追っていきます。 Color Buffer DepthBuffer Pixel Shader Rasterizer Vertex Shader 頂点シェーダで、画面のどこにポリゴンがあるかを計算します。
- 65. 描画の流れをGPU的に追っていきます。 Color Buffer DepthBuffer Pixel Shader Rasterizer Vertex Shader ラスタライザでそのポリゴンがどのピクセルを埋めるかを判断します。
- 66. 描画の流れをGPU的に追っていきます。 Color Buffer DepthBuffer Pixel Shader Vertex Shader そしてPixel Shaderでピクセルの色を計算する Rasterizer
- 67. 描画の流れをGPU的に追っていきます。 Color Buffer DepthBuffer Pixel Shader Rasterizer Vertex Shader Pixel Shaderの前に、各ピクセルに描画されるデプスは決まってすよね？ ？
- 68. 描画の流れをGPU的に追っていきます。 Color Buffer DepthBuffer Pixel Shader Vertex Shader PreZ: Pixel Shaderの前でDepth Test及びDepth Writeを行う Pre Z Rasterizer
- 69. 描画の流れをGPU的に追っていきます。 Color Buffer DepthBuffer Pixel Shader Vertex Shader そしてPixel Shaderでピクセルの色を計算する Pre Z Rasterizer
- 70. 描画の流れをGPU的に追っていきます。 Color Buffer DepthBuffer Pixel Shader Vertex Shader 次に青いポリゴンが奥に投入されても。。。。 Pre Z Rasterizer
- 71. 描画の流れをGPU的に追っていきます。 Color Buffer DepthBuffer Pixel Shader Vertex Shader PreZで先にDepth計算と比較をするので。。。 Pre Z Rasterizer
- 72. 描画の流れをGPU的に追っていきます。 Pixel Shaderでこの重なった部分のピクセルは計算されません。 めでたしめでたし。。。 Color BufferDepth Buffer Pre Z Pixel Shader Rasterizer Vertex Shader
- 73. Color Buffer DepthBuffer Pixel Shader Rasterizer Vertex Shader Pixel Shaderの前に、各ピクセルに描画されるデプスは決まってすよね？ ？ 本当か？
- 74. Color Buffer DepthBuffer Pixel Shader Vertex Shader Pixel Shaderを走らせないと最終的なDepthがわからない例: 1 アルファテスト Pre Z Rasterizer
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- 76. Color Buffer DepthBuffer Pixel Shader Vertex Shader Pixel Shaderを走らせないと最終的なDepthがわからない例: 2 Pixel Shader内部で無理やりDepthを書き換える Pre Z Rasterizer
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- 78. この様なシェーダに出くわすと、GPUは自動的に、 シェーダを計算してからDepth処理を行う、Post Zというものに切り替えます。 Color BufferDepth Buffer Pre Z Post Z Pixel Shader Rasterizer Vertex Shader
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- 80. 駄目な例: 不透明だけどとりあえずMaskedにパラメータ入れておく Pre Z PostZ Pixel Shader Rasterizer Vertex Shader
- 81. 駄目な例: 使わないけど、Pixel DepthOffsetをパラメータ化 Pre Z Post Z Pixel Shader Rasterizer Vertex Shader
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- 84. Base Passで注意すべきこと • 無駄な頂点を計算させない カメラに入らないオブジェクトをGPUに投入させない •無駄なピクセルを計算させない PreZの効果を不必要に消させない • 無駄にシェーダを重たくしない (こちらはマテリアル作成の問題で今回は触れない)
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- 90. G-Bufferの精度の制御 Project Settings のRendering内で、G-bufferの精度を変更できます。 映像系など高精細な絵作りが必要な場合、精度を上げてください。
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- 95. Z Prepass Offver. のBasePass描画
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- 105. Z Prepass ONver. の BasePass描画
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- 113. Z Prepassの設定場所(Project Settings) ProjectSettings / Rendering内の Early Z-passというタブでおこなえる。 また、下のMovables in early Z-passでMovableメッシュもこのEarly-Zに参加させるか指定可能
- 114. Decide Automaticallyの挙動 Defaultのこの設定ですが、十中八九Opaque MeshesOnlyになると考えてOKです。
- 115. Z Prepassの各オブジェクトの設定場所 (Use asOccluder) 各オブジェクトのRenderingタブ内に、 “Use as Occluder”という項目がある。 この設定がDefaultでONだが、これをOff にすることで、Early-Zへの参加の有無を オブジェクト単位で調整できる。
- 116. Z prepassの効き目と注意点 Z prepassは、 BasePassのピクセル処理負荷を下げる代わりに。。。 Zprepassでもジオメトリを投入します。 ポリゴン数が多いシーンでは、 逆にZ Prepassが処理負荷につながるケースもあります、 こちらをOn/Offしてみて、 採用の判断をしていただければと思います。
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- 120. Custom Depth/ Stencil ProjectSettingのRendering項目にある、 “Custom Depth-Stencil Pass”をONにしてください。
- 121. Custom Depth/ Stencil 各メッシュのRenderCustomDepth Passにチェックをいれる
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- 123. Alweiさん(@aizen76) の上記のブログでも Toon ShadingのマスキングのためにCustomDepthを使用 http://unrealengine.hatenablog.com/entry/2016/05/30/220000 Custom Depthなし Custom DepthありCustom Depth
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- 126. Custom Depth/ Stencil Q.Custom Depth を作成するのは重たいでしょうか？
- 127. Custom Depth/ Stencil A.Custom Depth を描くオブジェクトが増えれば増えるほど、重たくなります。
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- 129. Custom Depth/ Stencil 処理負荷比較 CustomDepthもほぼ同等の負荷がかかります BasePassのキャラクターレンダリング負荷
- 130. Custom Depth/ Stencil CustomDepth / Stencilにチェックを入れたオブジェクトは、 もう一度オブジェクトがGPUに投入されて計算されます。 その分GPUコストにつながるので、 ちゃんとプロファイリングして使ってください
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- 132. Pre-Lighting Decal & AO Base Pass LightingTransparencyZ PrePass Post Process Reflection Pre- Lighting 28(5)16:58
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- 147. Project Settings /Rendering内にある D-Buffer DecalsをONにすることにより、この問題を解決できます。
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- 150. Pre-Lighting Decal & AO Base Pass LightingTransparencyZ PrePass Post Process Reflection Pre- Lighting
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- 164. Stationary Lightのメインの制約 “Stationary LightOverlap”で Stationary Lightの重なり具合を確認できます。 処理負荷が読めなくなるので、赤は基本的になしにしてください！
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- 170. 範囲の小さい Movable Lightを100個 範囲の大きい Movable Lightを8個VS LightComplexityでの比較 (青->緑->赤と高負荷を示す)
- 171. Q: Deferred Lightingならライトを沢山おいていいのか？ ライトを沢山を”置けます”が、 ライトが触れるピクセルが増えれば増えるほど処理負荷は増えます。 簡易的に、LightComplexityという機能があるので、 そちらで高負荷なライティングの場所を探りましょう。
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- 174. 発展編 Q. Static LightはRuntimeに影響受けないでしょうか？ 試しにStaticLightを3000個置いてみる。
- 175. 発展編 Q. Static LightはRuntimeに影響受けないでしょうか？ CPUプロファイラで見ると、 “Init Dynamic Setup”に処理負荷が。 UE4ではStatic Lightに何か変更があっ た際(Dirtyフラグが立った場合)、自動 で動的ライトに切り替える機能があり ます。 そのために、Static Lightのデータを、 ランタイム上でも一度チェックします
- 176. 発展編 Q. Static LightはRuntimeに影響受けないでしょうか？ いいえ CPU(RenderThread)の負荷になります
- 177. 発展編 Q. Static LightはRuntimeに影響受けないでしょうか？ UE-31804で対応しています。
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- 184. Reflection Probe 事前計算で静的シーンの ReflectionMapを作成 Screen SpaceReflection 動的に反射を作成、 画面に見えない反射は 表現できない Planar Reflection 平面限定だが、完璧に 動的に反射を表現 重たいので映像向け
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- 192. Reflection Captureの数は 処理負荷につながる？ 200個のReflectionCapture: 0.48ms Radius= 200 200個のReflectionCapture: 2.01ms Radius = 1000
- 193. 静的なReflection: 配置方法 Reflection Probeの処理負荷は “ReflectionEnvironment Compute Shader XXXX”に出てきます Lightingパスのライトと同様、 Probeの数よりも、それらが寄与するピクセル数が多いほど処理負荷が高い。 よって、不用意に半径を大きくすべきではない。 (しかし、ライト程負荷が跳ね上がることはないので、 そこまでここがボトルネックになることはなさそう。。。)
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- 195. 動的なReflection Screen Space Reflection 長所 •完全に動的にReflectionを生成 事前計算なし 短所 • 画面範囲外の反射は取得できない • ノイズが多い • 半透明の映り込みが正しくない
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- 197. Planar Reflection vsScreen Space Reflection SSRはあくまで画像範囲内の疑似的なReflection
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- 211. Lighting Post Processそれまでの パス DepthOf Field Separate Translucency Pass 半透明描画 パス
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- 214. Project 単位でSeparate Translucencyの設定 ProjectSettings / Rendering内
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- 216. Separate Translucency =ON 本来、遠くの煙にはボケてほしい。
- 217. Lighting Post Processそれまでの パス 半透明描画 パス DepthOf Field Separate Translucency Pass Separate Translucency のパスは Depth Of Fieldがかからない
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- 219. マテリアル単位で、Depth Of Fieldのパラメータを取得できる “DepthOf Field Function”ノード
- 220. DOF Functionなし DOFFunctionあり
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- 226. 重なり具合を確認できる Debug View ShaderComplexity
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- 228. UE4でのピクセル描画負荷対策 1: Separate Translucencyの解像度削減 2:Particle Cut Out
- 229. Lighting Post Processそれまでの パス 半透明描画 パス DepthOf Field Separate Translucency Pass このバッファの解像度を減らすことで描画ピクセルを減らす r.SeparateTranslucencyScreenPercentage コマンド
- 230. Resolution = 100%: 0.44ms
- 231. Resolution = 50%: 0.32ms
- 232. Resolution = 10%: 0.2ms
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- 234. UE4でのピクセル描画負荷対策 1: Separate Translucencyの解像度削減 2:Particle Cut Out
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- 255. r.BloomQuality 5r.BloomQuality 0r.BloomQuality 1 r.BloomQualityコマンドでBloomの広がりが変更され。。。
- 256. r.BloomQuality 5r.BloomQuality 0r.BloomQuality 1 さらに ProfileGPUで見える処理のフローも変わる。
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- 260. Post Processing まとめ UE4のPostProcessingのパスは固定です。 Profileの”Post Process”項目は、 Post Process Volumeの項目と違います。 しかも、設定によって処理の中身や負荷ががらりと変わることもあります。 ポストプロセスボリュームの設定項目だけじゃなく、 r.XXXXXというコマンドで様々な設定ができます。 処理見積もりがしやすい場所でもあります。 エンジニアと相談しつつ、早めに計測しましょう。
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