令和 3 年 11 月に開催したKLab TECH Meetup #8のセッション資料です。 https://klab-tech-meetup.connpass.com/event/228398/

1. 高坂 東吾
職種 : クライアントエンジニア
所属部署 : KLabGames
見よう見まねでやってみる
2D流体シミュレーション
■数式ワカラナイなりに何とか動作させるまでの奮闘記
KLab株式会社

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2018年入社
Unityでクライアント開発をしています。
主にモバイル向けのゲームアプリケーションの運用タイトル等に携
わらせて頂いております。
高坂 東吾
職種 クライアントエンジニア
所属部署 KLabGames事業本部
KLab株式会社
モバイル系開発者

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● やりたい事
● 調査と実装
● スマホで動くのか検証
● まとめ
目次

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やりたい事

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↑これみたいなのがやりたい
※映像 ≠ 成果物
※引用元
「SPH based real-time liquid simulation」 YouTube, uploaded by Matthias Müller-Fischer、2011 年 6 月 15 日
https://www.youtube.com/watch?v=6CP5QvfuD_w

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● 2D空間になるべく自然な動きの流体を表示
● 無理なくゲームオブジェクトとして扱える
○ GPUによる表示のみでは水中判定等の際に不都合(多分無理ではない
が面倒くさい)
○ Unityのコライダー等と衝突して欲しい
● 使用可能な範囲の負荷に収まって欲しい
取り合えず要件

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調査と実装

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まずは検索
OKグーグル、流体シミュ教えて！
G
NS方程式(SPH法)はこちらです^^
(全く分からん)…

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加速度 圧力項 粘性項 外力(≒重力)
2点だけ求めれば意外と行ける？
取り合えず密度”ρ”を求めるらしい

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再び検索
OKグーグル、密度ってどうやって出すの？
…
G
これ解いて下さい^^

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1. 密度を求める
2. 圧力を求める
3. 圧力の変化量を求める
4. 粘性の平均を求める
5. 加速度が求まる
a. 例によって外力・衝突判定はUnity計算に任せる
結局分からないのでサンプルを読む
サンプルによると…

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●サンプルをそのまんま動かすとこんな感じ
● ただしGPU側で各粒子の座標保持や壁判定を行っている
● Rigidbodyを使いたいのでこれをCPUへ移植してみる

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出来た

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動作のほどは

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●CPUでは重過ぎて少し生成しただけでFPSがガタガタに
●でもRigidbodyは使いたい
● SPHによる加速度の計算だけGPUにやらせよう…あれ？

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サンプルほぼそのままで
別に良かった
よく考えたら…

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サンプルほぼそのままで別に良かった
● 加速度のCPUとのやり取り部分だけ追加
● 不必要なコードは削除
○ GPU側での座標バッファやら壁判定やら

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ついでなので
Metaball描画も追加

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Metaball描画とは
こういうの
液体のエフェクトみたいな描画でよく見る

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● 実際にはただのアルファテスト
のような事をしているだけ
● 一度レンダーテクスチャに描画
してから、改めて別シェーダで
規定値以下のアルファ値をそぎ
落とす
↑通常カメラでそのまま描画するとこんなん

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完成品

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(おまけ)
スマホで動く？

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だめでした
※ Xperia1 Snapdragon855 端末にて検証

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雑に負荷チェック
コライダー計算とSPH計算の負荷で半々くらい？
水流の判定を消したりすれば多少マシになりそうだけど悩ましい…

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● 式読めないなりにもサンプルさえあれば実装はどうにか
なる
○ (でも読めた方が絶対スムーズに理解できたはず)
○ 「難しそう」の時点で諦めずにまずはやってみよう
● モバイル端末での動作は制限を加えた上で最適化出来れ
ば多少ならいけるかも？
まとめ

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● 解説
○ SPH法による流体シミュレーションについて
■ https://soysoftware.sakura.ne.jp/archives/1559
■ CPU側コードが一部載っています
○ Unityで流体シミュレーション ～粒子法編～
■ https://edom18.hateblo.jp/entry/2020/06/05/075722
○ 【Unity】2Dメタボールの作り方を一から紹介してみる
■ https://qiita.com/guru_taka/items/6597d484c799edc099ce
■ Metaball描画の参考
● 書籍
○ Unity Graphics Programming vol.1
■ https://drive.google.com/file/d/1wuCYUSEL4A3HVGlvB5efee6WWT5-Yfuo/view
■ pdfにて無料公開されています
● 参考元サンプル
○ https://github.com/IndieVisualLab/UnityGraphicsProgramming/tree/master/Assets/SPHFluid
○ 上書籍の内容についてのサンプルになっています
参考URL