【Unite Tokyo 2019】たのしいDOTS〜初級から上級まで〜
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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。 安原 祐二（ユニティ・テクノロジーズ・ジャパン合同会社） こんな人におすすめ ・そろそろDOTSを学んでおきたい方 ・DOTSに取り組む余裕はないが現状を確認しておきたい方 ・Unity.Physicsの概要を知りたい方 受講者が得られる知見 ・DOTSの基本 ・DOTSの内部構造 ・Unity.Physicsの概要 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】たのしいDOTS〜初級から上級まで〜
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- 3. DOTSとは Data Oriented Technology Stack Unityの新しい基盤 なぜ今なのか？ データ指向って？
- 4. DOTSとは Data Oriented Technology Stack Unityの新しい基盤 現在はプレビュー版 これから使いやすくなる なぜ今なのか？ データ指向って？
- 5. DOTSとは Data Oriented Technology Stack Unityの新しい基盤 現在はプレビュー版 いますぐ始めなくていい これから使いやすくなる なぜ今なのか？ データ指向って？ あとで見返そう
- 6. DOTSとは Data Oriented Technology Stack Unityの新しい基盤 現在はプレビュー版 いますぐ始めなくていい これから使いやすくなる この技術は おもしろい！ なぜ今なのか？ データ指向って？ あとで見返そう
- 7. 前半： メモリの戦い 後半： 驚異のUnity Physics
- 11. 確保（allocation）役所
- 13. 再利用 役所
- 18. 解放! C#「GCにお任せする」
- 23. Unmanaged Memoryが要求される マネージドメモリ (managed memory) Unmanaged Memory Chunk NativeContainer Chunk Chunk Chunk NativeContainer NativeContainer
- 28. 代表例：NativeArray NativeArray structの配列 必ずstruct(値型)！ class(参照型) はC#の機構により マネージドメモリになってしまう var a = NativeArray<float>(8, Allocator.Persistent) C#の特徴を利用 structならメモリがひとかたまりに!
- 30. structの罠 aはコピーされてfuncに渡される var a = new Vector3(1, 2, 3); func(a); funcの中で変更してもaに影響なし
- 31. structの罠 aはコピーされてfuncに渡される var a = new Vector3(1, 2, 3); func(a); var a = new NativeArray<float>(32); func(a); aはコピーされてfuncに渡される あれ？ これは大丈夫？ funcの中で変更してもaに影響なし
- 32. ネイティブコンテナの実装は必ずポインタ！ unsafe struct NativeArray<T> { void ptr; } ポインタをコピーしても参照先は同じ Unmanaged Memory var a = new NativeArray<float>(32); func(a); funcの変更が伝わる！ *
- 33. ベテランでも引っかかるstructの罠 struct MyNativeArray<T> { NativeArray<T> na; int Length; } よーし ネイティブコンテナ 自作しちゃうぞー
- 34. ベテランでも引っかかるstructの罠 struct MyNativeArray<T> { NativeArray<T> na; int Length; } これは大失敗！ よーし ネイティブコンテナ 自作しちゃうぞー なぜでしょう？
- 35. struct MyNativeArray<T> { NativeArray<T> na; int Length; } Unmanaged Memory Length Length var a = new MyNativeArray<float>(32); func(a);
- 36. struct MyNativeArray<T> { NativeArray<T> na; int Length; } Unmanaged Memory Length Length Lengthが 共有されてない!! var a = new MyNativeArray<float>(32); func(a); コンパイルエラーも出ないし プログラムは正しいけれど 100%バグになる
- 37. struct MyNativeArray<T> { NativeArray<T> na; int Length; } Unmanaged Memory Lengthも ポインタの先に置く Length ネイティブコンテナ の中は必ずポインタ！ unsafe struct MyNativeArray<T> { void ptr; } *
- 48. CB アーキタイプABCA 組み合わせをアーキタイプ（Archetype）と呼ぶ CBA D アーキタイプABCD アーキタイプABC用チャンク アーキタイプABCD用チャンク
- 58. “System”を記述する Chunk Chunk Chunk Chunk Chunk Chunk Chunk Chunk System • チャンクを選ぶ • 入力と出力を決める • 処理する “System”の３つの働き
- 59. 使用コンポーネントを決める アーキタイプABC用チャンク アーキタイプABCD用チャンク アーキタイプBD用チャンク 条件：BDをもつチャンク query = GetEntityQuery(new EntityQueryDesc() { All = new ComponentType[] { ComponentType.ReadOnly<B>(), ComponentType.ReadWrite<D>(), }, });
- 60. 使用コンポーネントを決める アーキタイプABC用チャンク アーキタイプABCD用チャンク アーキタイプBD用チャンク 条件：BDをもつチャンク query = GetEntityQuery(new EntityQueryDesc() { All = new ComponentType[] { ComponentType.ReadOnly<B>(), ComponentType.ReadWrite<D>(), }, });
- 61. 使用コンポーネントを決める アーキタイプABC用チャンク アーキタイプABCD用チャンク アーキタイプBD用チャンク 条件：BDをもつチャンク query = GetEntityQuery(new EntityQueryDesc() { All = new ComponentType[] { ComponentType.ReadOnly<B>(), ComponentType.ReadWrite<D>(), }, }); アーキタイプBD用チャンク
- 67. DSystem データの流れ B
- 70. データに注目 Update { if (position.y > 0f) { rotation = objA.func(1f); return; } else if (position.y > 4f) { if (position.z > 0f) { m_C = objB.func(2f); } else m_C = objB.func(-1f); } rotation = m_C; } D System System B A System Rotation いつもの書き方 Native Container
- 71. Update { if (position.y > 0f) { rotation = objA.func(1f); return; } else if (position.y > 4f) { if (position.z > 0f) { m_C = objB.func(2f); } else m_C = objB.func(-1f); } rotation = m_C; } D System System B A System Rotation いつもの書き方 Native Container テストが 容易！
- 72. Update { if (position.y > 0f) { rotation = objA.func(1f); return; } else if (position.y > 4f) { if (position.z > 0f) { m_C = objB.func(2f); } else m_C = objB.func(-1f); } rotation = m_C; } D System System B A System Rotation いつもの書き方 Native Container テストが 容易！
- 73. データに注目 Update { if (position.y > 0f) { rotation = objA.func(1f); return; } else if (position.y > 4f) { if (position.z > 0f) { m_C = objB.func(2f); } else m_C = objB.func(-1f); } rotation = m_C; } D System System B A System Rotation いつもの書き方 Native Container
- 79. Entityの正体はインデクス（ある配列中の位置） 4 5 5 8 2 5 8 1 2 3 4 5 チャンクポインタ チャンク内インデクス バージョン Entity 5 の情報 EntityManagerが持つテーブル
- 80. Entityの正体はインデクス（ある配列中の位置） 4 5 5 8 2 5 8 1 2 3 4 5 チャンクポインタ チャンク内インデクス バージョン Entity 5 の情報 EntityManagerが持つテーブル →ポインタ同様に高速
- 81. チャンクポインタ チャンク内インデクス バージョン 4 5 5 8 2 5 8 Entity 5 の情報 削除は？ 削除されたインデクスが次の生成で使いまわされたらアウトだよね 1 2 3 4 5
- 82. チャンクポインタ チャンク内インデクス バージョン+1 4 5 5 8 2 5 8 Entity 5 の情報 削除は？ 削除！ 1 2 3 4 5
- 87. 驚異のUnity Physics
- 90. 通常の物理エンジン 約15fps Unity Physics 約60fps キューブ13824個 on high-end PC
- 95. 注意点その1 静的なコライダーをスクリプトから動かす場合 コリジョンの更新は PhysicsVelocity があることが条件 AddComponentでPhysicsVelocityを付加しよう
- 96. 外力（AddForce）がない その代わり力積(ApplyLinearImpulse)がある = m dv dt dt = mdv 外力にdtを掛けて力積(ApplyLinearImpulse)を呼べばいい 外力 力積 注意点その2 F F
- 97. public static void ApplyLinearImpulse(ref this PhysicsVelocity velocityData, PhysicsMass massData, float3 impulse) { velocityData.Linear += impulse * massData.InverseMass; } 実装の確認は避けられない（現時点では） dv = Fdt 1 m つまり
- 98. public static void ApplyLinearImpulse(ref this PhysicsVelocity velocityData, PhysicsMass massData, float3 impulse) { velocityData.Linear += impulse * massData.InverseMass; } 実装の確認は避けられない（現時点では） Force velocityData.ApplyLinearImpulse(force*deltaTime); Impulse velocityData.ApplyLinearImpulse(impulse); Acceleration VelocityChange velocityData.Linear += acceleration*deltaTime; velocityData.Linear += velocity; ForceModeの対応： dv = Fdt 1 m つまり
- 99. public static void ApplyAngularImpulse(ref this PhysicsVelocity velocityData, PhysicsMass massData, float3 impulse) { velocityData.Angular += impulse * massData.InverseInertia; } 注意点その3 massData.InverseInertiaは行列ではなくベクトル AddTorqueは？
- 100. public static void ApplyAngularImpulse(ref this PhysicsVelocity velocityData, PhysicsMass massData, float3 impulse) { velocityData.Angular += impulse * massData.InverseInertia; } 注意点その3 massData.InverseInertiaは行列ではなくベクトル 直交座標系の回転要素がない慣性テンソル AddTorqueは？ （対角化された状態）
- 101. public static void ApplyAngularImpulse(ref this PhysicsVelocity velocityData, PhysicsMass massData, float3 impulse) { velocityData.Angular += impulse * massData.InverseInertia; } 注意点その3 慣性テンソル空間でトルクを与える必要 massData.InverseInertiaは行列ではなくベクトル AddTorqueは？ （対角化された状態） 直交座標系の回転要素がない慣性テンソル
- 102. public static void ApplyAngularImpulse(ref this PhysicsVelocity velocityData, PhysicsMass massData, float3 impulse) { velocityData.Angular += impulse * massData.InverseInertia; } 注意点その3 慣性テンソル空間でトルクを与える必要 特殊な形状でなければAddRelativeTorqueと考えて良い massData.InverseInertiaは行列ではなくベクトル AddTorqueは？ （対角化された状態） 直交座標系の回転要素がない慣性テンソル
- 105. 物体の位置・姿勢の更新は すべてApply*Impulse経由 public static void ApplyAngularImpulse(ref this PhysicsVelocity velocityData, PhysicsMass massData, float3 impulse) { velocityData.Angular += impulse * massData.InverseInertia; } という実装になってるので
- 106. 物体の位置・姿勢の更新は すべてApply*Impulse経由 InverseInertia public static void ApplyAngularImpulse(ref this PhysicsVelocity velocityData, PhysicsMass massData, float3 impulse) { velocityData.Angular += impulse * massData.InverseInertia; } の設定で回転拘束を実現 例： new PhysicsMass { … InverseInertia = new float3(0, 1, 0); … } Y軸以外の角速度を 発生させない という実装になってるので 慣性テンソルに回転がある場合は注意
- 107. まとめ
- 109. • ゲーム実装を強く意識 汎用的だったメモリ管理をゲームの特徴に合わせる DOTSの必然性 • 現代のCPUを強く意識 ６４bit CPUを前提にできつつある
- 110. • ゲーム実装を強く意識 汎用的だったメモリ管理をゲームの特徴に合わせる DOTSの必然性 • 現代のCPUを強く意識 ６４bit CPUを前提にできつつある • テスタビリティ・スケーラビリティを強く意識 データの一意性＋マルチコア実行
- 111. • ゲーム実装を強く意識 汎用的だったメモリ管理をゲームの特徴に合わせる DOTSの必然性 DOTSはどんどん使いやすくなっていく そのときに始めれば十分 ご期待ください！ • 現代のCPUを強く意識 ６４bit CPUを前提にできつつある • テスタビリティ・スケーラビリティを強く意識 データの一意性＋マルチコア実行
- 112. おしまい