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エピック・ゲームズ・ジャパン Epic Games Japan, profile picture
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Lightmassの仕組み ~Lightmap編~ (Epic Games Japan: 篠山範明)

2016年7月30日に行われたライセンシー様向けライトマス勉強会の資料です。(登壇者: (Epic Games Japan: 篠山範明) アーティストの方に向けて、UE4のライトビルドの仕組みをかみ砕いて説明しております。こちらはライトマップ編

Engineering◦
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Lightmass Deep Dive vol.1 Lightmap編 篠山 範明 Epic Games Japan Senior Support Engineer
Lightmap編
Lightmap編 の前に
Lightmassってなに？
Lightmassって何？ Unreal Engine4が用いる 事前計算ライティングのアプリケーションです。
ライティングビルドの場所
押すと ライティングビルドが走ります
そして失敗したりします。
このときにUE4 Editorの裏で ライティング計算しているのが lightmassです。
ソースコードは公開 Program/UnrealLightmass
Lightmassの問題は？ 大きく分けて三つ。
Lightmassの問題① クオリティ
Lightmassの問題② ビルド時間 平気で数時間単位にスケールする ライトビルド
Lightmassの問題③ 容量 Memory File Size
Lightmassの問題は？ クオリティ ビルド時間 メモリサイズ
Lightmassの問題は？ 真茅さん クオリティ ビルド時間 メモリサイズ
Lightmassの問題は？ SQEX 斎藤さん クオリティ ビルド時間 メモリサイズ
Lightmassの問題は？ これらを調整するためには、 ライトマスの動作の仕組みや設定方法を 最初に篠山が説明します。 クオリティ ビルド時間 メモリサイズ
Lightmassが出力するデータ Lightmass Input Output
Lightmassが出力するデータ Light Map Shadow Map Precomputed Light Volume （半透明用のシャドウマップもありますが、そちらは今回は触れません。。）
Light Map Shadow Map Precomputed Light Volume ③真茅さん
LightMapとShadowMapは アクター単位で持たれます。
Lightmapの実際に作られたテクスチャは、 World Settingsで見ることができます。
Light Map Shadow Map Precomputed Light Volume ④ SQEX斎藤さ ん
ViewのメニューでDebug表示できます。
Light Map Shadow Map Precomputed Light Volume すみません。今回の講演では省きます。
Light Map Shadow Map Precomputed Light Volume すみません。今回の講演では省きます。 Shadow Mapを理解するためには、 その前に、Stationary Lightの挙動を理解する必要があります。
Stationary Lightの影については、 上記ブログが参考になります http://darakemonodarake.hatenablog.jp/entry/2015/12/16/UE4/Stationary
Light Map Shadow Map Precomputed Light Volume
Lightmap をベースに Lightmassの基本アルゴリズムを学ぶ
Lightmass -> Lightmap の流れを理解すれば、 他の二つは、 部分的な拡張として理解できます。
おしながき 1. Lightmassによる、Lightmap 作成アルゴリズム 2. Lightmap作成のためのLightmass設定方法
おしながき 1. Lightmassによる、Lightmap 作成アルゴリズム 2. Lightmap作成のためのLightmass設定方法
そのまえに注意点三つ
1. 説明するアルゴリズムは概要です。 概念の理解を最優先にしており不正確な部分もあります。 Lightmassの実際の実装を追っているエンジニアの方達は 回れ右してソースコードに戻ってください。 例えば、IrradiancePhoton, CacheOnSurface, IndirectPhotonPathなどについて触れておりません。 わかりやすさのためIndirectPhotonのEmitもDirectPhotonのEmitからシーケンシャルに行われるように説明しており ます。
2. Lightmass debugging… これから、こういう非常に簡単な図が沢山でてきますが、 基本的にはUE3の名残の機能であり、現在正式サポートはしていないので 使い方などの説明は省きます。 アルゴリズム説明の際のイメージと捉えてください。
3. Base Scene これから、こういう非常に簡単な図が沢山でてきますが。。。
3. Base Scene このような、一面が開いたボックスの中に、 球体があるシーンをイメージしてください。
Lightmap作成の目標 ライトマップの各テクセルに 自身のライティング情報を格納する
具体的な挙動になる前に。。 ライティングを二つに分けます。 Direct Lighting Indirect Lighting
Direct Lighting Indirect Lighting
Direct Lighting Indirect Lighting
Direct Lighting ライトからの直接(Direct)のライティング 二次反射以降がないので影部分は黒い。
Direct Lighting Indirect Lighting
Indirect Lighting 二次反射。照り返し。レフ版。 複数回バウンドしたライティング 直接光で届かない場所へ、光が回り込む。
Direct Lighting Indirect Lighting
Direct Lighting Indirect Lighting
Direct Lighting Indirect Lighting では、 ライトマスがこの二つをどのように計算するかを 見ていこうと思いま。。。。。。
Direct Lighting Indirect Lighting しかし、 ライトによって計算の方法が変わります。
説明を更に二分します。 Photonを 出す Light Photonを 出さない Sky Light OR
これでこのようなマトリックスが出来ます。 Point Spot Directional Light.. Sky Light Direct Lighting Indirect Lighting Direct Lighting Indirect Lighting Photonを 出す Light Photonを 出さない Sky Light
まずはこちらから。 Point Spot Directional Light.. Sky Light Direct Lighting Indirect Lighting Direct Lighting Indirect Lighting Photonを 出す Light Photonを 出さない Light
Lightmap作成 アルゴリズム Point / Spot / Directional Light 編
Point Spot Directional Light.. Sky Light Direct Lighting Indirect Lighting Direct Lighting Indirect Lighting Photonを出す Light Photonを出さない Sky Light
Direct Lightingは ライトへ、レイを飛ばして行います。 ※Photon Mappingは関与しない Direct LightingPhotonを出す Light の
Light のSource Radius でライトの大きさを変えられます。
ライトにレイを直接飛ばします。 影のボケなどはここで調整します。 Direct LightingPhotonを出す Light の
Point Spot Directional Light.. Sky Light Direct Lighting ライトに 直接レイを飛ばす Indirect Lighting Direct Lighting Indirect Lighting Photonを出す Light Photonを出さない Sky Light
Point Spot Directional Light.. Sky Light Direct Lighting ライトに 直接レイを飛ばす Indirect Lighting Direct Lighting Indirect Lighting Photonを出す Light Photonを出さない Sky Light
Point Spot Directional Light.. Sky Light Direct Lighting ライトに 直接レイを飛ばす Indirect Lighting Photon Mappingで シミュレーション Direct Lighting Indirect Lighting Photonを出す Light Photonを出さない Sky Light
Photon Mapping
Photon Mapping ライトからPhotonを放出し、 光の複数回バウンスをシミュレーションする。
ライトからPhotonを放出する
当たらないPhotonは消失
Photon Mapping 壁に衝突したフォトンは。。。
Photon Mapping 壁に留まり、反射(バウンス)を表す 新たなPhotonを放つ
バウンスしたら。。。
バウンスしたら。。。
更にバウンス
沢山のフォトンを沢山反射させ、 Indirect Lightingを実現する
Direct Photons
Indirect Photon Path
フォトンが蓄積されたので。。。
Lightmapのテクセルのライティングを 周りのPhotonから見積もってみる。
Lightmapのテクセルのライティングを 周りのPhotonから見積もってみる。
Photon Mapping preview (radius = 50cm)
Photon Mapping production (radius = 50cm)
Photonが足りない！！
設定をいじくりProductionよりも Photonの数を上げていく…
増やしていけばいずれたどりつけそうだけ ど。。。
いつになったらPhotonがたりるのでしょうか？
Photon Mapping Only このテクセルに届く Photonはどれくらいでしょう？
Photon Mapping Only (Direct Photon) ポイントライトから全方向にランダム
Photon Mapping Only (InDirect Photon) あたった面から。。。
Photon Mapping Only （ＩｎＤｉｒｅｃｔ Ｐｈｏｔｏｎ） あたった面から。。。 ランダムに反射する。 ？ ？ ？ ？
Photon Mapping Only 各テクセルを見積もるには不十分 PhotonMappingだけの場合、 非常に沢山のPhotonを放出し、 そのバウンスを計算しなければいけない。
Photon mapping
Final Gathering
Final Gathering Concept Photon Mappingだけならば 近傍のフォトンだけ。 これでは不十分なら。。。
Final Gathering Concept （ＩｎＤｉｒｅｃｔ Ｐｈｏｔｏｎ） あたった面から。。。 ランダムに反射するならば。。 ？ ？ ？
Final Gathering Concept 逆に、各テクセルからレイを飛ばし、 もしもそのフォトンがこっちに飛んで きたなら、 どれぐらいの影響があるかを調べる。 ？ ？ ？
Final Gathering Concept みずからレイを飛ばして、 遠くのフォトンからの影響 を調べにいく。 見るフォトンの数が増える。
Photon Mapping -> Final Gathering
Final Gathering テクセルからレイを飛ばし、 フォトンを自分から取りに行く。
Final Gathering
Photon Mapping -> Final Gathering すごいですね。Final Gathering
Photon Mapping -> Final Gathering かなり見え張りました。