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UE4プログラマー勉強会 in 大阪 -エンジンの内部挙動について

UE4プログラマー向け勉強会 in 大阪 https://connpass.com/event/76815/

Engineering◦
UE4 プログラマー向け勉強会 in 大阪 1 エンジンの内部挙動について
自己紹介 ● Twitter: com04 ● ゲームプログラマー ● マテリアル / レンダリング / エンジン拡張 ● 横浜 × 酒 ×UE4 2
自己紹介 ●マーケットプレイスに出品しました − ComMaterialTools ● https://www.unrealengine.com/marketplace/commaterialtools ● プロジェクト内のマテリアルノード検索 ● ディレクトリ単位でのマテリアル情報リスト化 ● 指定マテリアル内で使用されているテクスチャの場所検索 ●「 UE4 勉強会 in 大阪」の管理者やってます − https://ue4study-osaka.connpass.com/ ● 奇数月に開催。次回 5 回目。 ● 初心者、ベテラン問わず登壇して頂ける人募集しています ● （同じ人ばかりになってしまいそうなので是非お願いします） ●マーケットプレイスに出品しました − ComMaterialTools ● https://www.unrealengine.com/marketplace/commaterialtools ● プロジェクト内のマテリアルノード検索 ● ディレクトリ単位でのマテリアル情報リスト化 ● 指定マテリアル内で使用されているテクスチャの場所検索 ●「 UE4 勉強会 in 大阪」の管理者やってます − https://ue4study-osaka.connpass.com/ ● 奇数月に開催。次回 5 回目。 ● 初心者、ベテラン問わず登壇して頂ける人募集しています ● （同じ人ばかりになってしまいそうなので是非お願いします） 3
はじめに 4
はじめに 今回のお話し ● PC ベース ● ネットワークは無し ● 調べた際の関数名等も記述しています。追いかけた い方は参考にしてください。 ● UE4 のソースコードは分かりやすいですが難解で す。間違ってたらごめんなさい。教えてください。 5
はじめに 今回はこの辺り話しません ● ガベージコレクト ● レンダリング ● 処理負荷 6
はじめに エンジンの内部まで知ってる必要あるの？ 7
はじめに 基本的には知らなくて良い（ハズ） ただ、クリティカルな問題に当たった時は知りたくなる 時があります ● 何か 1 フレームずれる ● 思った順番で処理されない ● こっちのシーンだと行けたのに、あっちだとおかしい ● エンジン内部のクラッシュ /Assert で詰まる 8
はじめに AnswerHub 、 Forum 等で質問する手もあります。 ただ、返答が得られるかは親切な皆様 UE4 ユーザー 次第です。 また業務ベースだと表で質問出来無い事もあります。 有償サポートの UDN も有りますが、契約してない / アカウントが無い場合は使用できません。 9
はじめに → エンジンのソースコード配布されてるやん！ （プログラマー脳筋） 10
もくじ ● World と Scene と Level ● 処理順 ● Level のロード ● Level の Stream ● Actor の生成 /BeginPlay 順番 ● Actor の Tick 順番 ● スレッド ● 小ネタ version: UE4.18.2 11
World と Scene と Level 12
World と Scene と Level World (UWorld) ● Game 、 Editor 、 PIE とかの単位で World が存在 する ○ EWorldType ● そのまま世界全体を管理している。 ● 内部にロードした Level を保持している ○ UWorld::LevelCollections ■ DumpLevelCollections で確認出来る ■ 大体 DynamicSourceLevels に入る 13
World と Scene と Level Scene (FScene) ● UWorld の Renderer 機能 ○ 機能的に UWorld と分離しているので、 UWorld を持たな いエディタでプレビューすることが出来る。らしい ○ ビューやフレームに依存しない描画情報を管理している ■ 描画プリミティブやライトのリスト ● FScene 自体は FRendererModule::AllocateScene で生成、 管理される 14
World と Scene と Level Level (ULevel) ● Editor で使う Level と同じイメージ ● ULevel::Actors で Level に入っている Actor のリ ストを取得出来る (C++) 15
処理順 16
処理順 起点 ● FEngineLoop::Tick ○ UGameEngine::Tick ■ WorldList の数だけ UWorld::Tick を回す 17
処理順 ● UWorld::Tick ○ NavigationSystem->Tick ○ LevelCollections の数だけ次のページの処理回す 18
処理順 ● 各 Level に対して処理する（１／２） ○ Tick ■ TG_PrePhysics ■ TG_StartPhysics ■ TG_DuringPhysics ■ TG_EndPhysics ■ TG_PostPhysics ○ CurrentLatentActionManager::ProcessLatentActions ○ GetTimerManager::Tick ○ FTickableGameObject::TickObjects( 同じ World のみ ) 19
処理順 ● 各 Level に対して処理する（２／２） ○ PlayerController::UpdateCameraManager ○ ProcessLevelStreamingVolumes ○ UpdateStreamingState ○ Tick ■ TG_PostUpdateWork ■ TG_LastDemotable ○ FTickTaskManagerInterface::EndFrame 20
処理順 ● UWorld::Tick ○ Level の処理 ○ Flush ■ GPhysCommandHandler::Flush ■ FinishAsyncTrace ■ BroadcastTickFlush ■ BroadcastPostTickFlush ○ FXSystem::Tick ○ GEngine->ConditionalCollectGarbage ○ EndTickDrawEvent 21
処理順 ● 各 World に対して処理する ○ USkyLightComponent::UpdateSkyCaptureContents ○ UReflectionCaptureComponent::UpdateReflectionCa ptureContents 22
処理順 ● UGameEngine::Tick ○ FTickableGameObject::TickObjects （全体） ○ GameViewport->Tick ○ RedrawViewports ○ GetRendererModule().PostRenderAllViewports ○ IStreamingManager::Tick ○ GameAudioDeviceManager- >UpdateActiveAudioDevices 23
処理順 ● FEngineLoop::Tick ○ GShaderCompilingManager::ProcessAsyncResults ○ GDistanceFieldAsyncQueue::ProcessAsyncTasks ○ FSlateApplication::Tick ○ RHITick ○ FTicker::GetCoreTicker().Tick ○ FThreadManager::Get().Tick ○ GEngine->TickDeferredCommands 24
処理順 長い 25
処理順 大まかな要約 1. TickGroup 処理 ( フィジックス後まで） 2. Actor 外の Latent 系処理 3. TimerEvent 系 4. FTickableGameObject 継承クラス更新 5. Streaming 更新 6. TickGroup 処理 ( アップデート後から） 7. FXSystem 更新 8. ガベージコレクション更新 (ConditionalCollectGarbage) 9. SkyLight/Reflection の Capture 更新 10.描画情報の設定 26
Level のロード 27
Level のロード 起点（ OpenLevel で遷移した際） ● UEngine::LoadMap ○ LoadPackage ○ UWorld::InitWorld ○ UWorld::SetGameMode ○ WorldContext.World()->FlushLevelStreaming ○ UWorld::InitializeActorsForPlay ○ UNavigationSystem::InitializeForWorld ○ ULocalPlayer::SpawnPlayActor ○ WorldContext.World()->BeginPlay(); ○ GameInstance::LoadComplete 28
Level のロード 要約（ 1 ／ 3 ） 1. PersistentLevel のロード ● LoadPackage ○ ULevel::Serialize / PostLoad 2. GameMode を生成する ○ UWorld::SetGameMode ■ UGameInstance::CreateGameModeForURL 3. SubLevel のロード ● WorldContext.World()->FlushLevelStreaming ○ ULevel::Serialize / PostLoad 29
Level のロード 要約（ 2 ／ 3 ） 4. ロードした Level にある Actor を生成する a. UWorld::InitializeActorsForPlay i. ULevel::IncrementalUpdateComponents 5. ナビゲーションの初期化 b. UNavigationSystem::InitializeForWorld 6. プレイヤー生成 ULocalPlayer::SpawnPlayActor UWorld::SpawnPlayActor a.GameMode::Login 呼ばれる b.GameMode::PostLogin 呼ばれる 30
Level のロード 要約（ 3 ／ 3 ） 7. BeginPlay が呼ばれる GameMode::StartPlay a.GameMode b.GameState c.Actor 達 8. GameInstance::LoadComplete が呼ばれる 31
Level の Stream 32
Level の Stream ● [LoadStreamLevel] で SubLevel を動的ロード ● [UnloadStreamLevel] で開放 ● [GetStreamingLevel] - [Should be Visible] で動 的ロードした SubLevel の表示 ON / OFF 33
Level の Stream [Should be Visible] で ON にした時の挙動 ● UWorld::AddToWorld ○ ULevel::IncrementalUpdateComponents ■ AActor::IncrementalRegisterComponents ■ AActor::BeginPlay ● Level に所属している Actor が順次登録されていく 34
Level の Stream ● Actor が登録されていくのはフレーム分割される ○ GLevelStreamingActorsUpdateTimeLimit 単位 ■ この時間を超えると、残りの Actor は次のフレームに持ち越し ■ デフォルト 5.0ms ● “s.LevelStreamingActorsUpdateTimeLimit” で変更可能 ■ LoadStream した Level を暗転中に表示。とかする場合は時間制 限を長めにしないと暗転時間が長くなる可能性 ● ブロッキングする事に注意 35
Level の Stream [Should be Visible] で OFF にした時の挙動 ● UWorld::RemoveFromWorld ○ ULevel::IncrementalUnregisterComponents ■ AActor::UnregisterAllComponents ■ AActor::EndPlay(EEndPlayReason::RemovedFromWorld) ● Level に所属している Actor が順次外されていく 36
Level の Stream ●Actor を外していくのはフレーム分割される ○ GLevelStreamingUnregisterComponentsTimeLimit 単位 ■ この時間を超えると、残りの Actor は次のフレームに持ち越し ■ デフォルト 1.0ms ● “s.UnregisterComponentsTimeLimit” で変更可能 ■ こちらも LoadStream した Level を暗転中に非表示。とかする 場合は時間制限を長めにしないと暗転時間が長くなる可能性 ● ブロッキングする事に注意 37
Level の Stream ● Actor 自体の生成は LoadStreamLevel で読み込ま れた段階 ● [Should be Visible] の ON/OFF では Level に関 連付いている Actor 自体は Destroy されない 38
Level の Stream ここで注意！ ● Actor の BeginPlay 、 EndPlay は Shold be Visible を ON/OFF するだけで再度呼び出される ○ 可能性が有る場合は BeginPlay は２回目突入されても大 丈夫な作りを ■ [DoOnce] で処理すれば初回だけ通る様に出来る 39
Actor の生成 /BeginPlay 順番 40
Actor の生成 /BeginPlay 順番 ULevel 内に保存されている Actor の順番で初期化さ れる →ULevel 内の Actor の順番は明確な基準無し ただし、 ULevel::IsNetActor な Actor は末尾に来る ようにソートされる →ULevel::SortActorList で行われる →IsNetActor は主に UCharacter クラス等が ON 41
Actor の生成 /BeginPlay 順番 つまり明示的に Actor の BeginPlay 順番を設定出来な い →BeginPlay では Actor 同士の生成順番に依存しないよう に！ 42
Actor の生成 /BeginPlay 順番 とはいえ欲しい場合は…… 1. 全 Actor の BeginPlay が終わった後で処理する a. UGameInstance::LoadComplete を override b. AGameModeBase::StartPlay を override 2. GameMode/GameState 等で順番に Spawn する 3. ULevel::SortActorList でソートする（要エンジン改造） 43
Actor の Tick 順番 44
Actor の Tick 順番 そもそも Tick 順って考える必要ある？ 45
Actor の Tick 順番 テストケース プレイヤーが参加者全員の時間を止めることが出来る 46
Actor の Tick 順番 一列に並んだ Actor 達 左右方向の座標値は同じ値 47 Actor Actor Actor （ Player ） Character
Actor の Tick 順番 BP は Tick で移動するようなロジック 48
Actor の Tick 順番 Player だけは、参加者全員の CustomTimeDilation を 0 にすることが出来る （＝ Tick 等の Time スケールをゼロに） 49
Actor の Tick 順番 とりあえず実行して停止機能を発動させると…… 50 Character だけが後ろに居る！
Actor の Tick 順番 状況次第では…… 51 Player 以外が後ろに居る！
Actor の Tick 順番 Tick で処理を行っている為、 Tick の順番次第で処理 の流れが代わってしまう事が原因 52
Actor の Tick 順番 停止させたフレーム内での処理 1. 赤の Actor::Tick 。移動する 2. 緑の Actor::Tick 。移動する 3. Player の Tick 。移動＋他の Actor の CustomTimeDilation をゼロに 4. Character の Tick 。 CustomTimeDilation がゼロなので 移動量がゼロに！ 53 1 24 3
Actor の Tick 順番 停止させたフレーム内での処理 1. Player の Tick 。移動＋他の Actor の CustomTimeDilation をゼロに 2. 赤の Actor::Tick 。 CustomTimeDilation が ゼロなので移動量がゼロに！ 3. 緑の Actor::Tick 。 CustomTimeDilation が ゼロなので移動量がゼロに！ 4. Character の Tick 。 CustomTimeDilation が ゼロなので移動量がゼロに！ 54 2 3 4 1
Actor の Tick 順番 今回のは極端な例ですが、もしこの状態を SceneCapture 等で撮影して止め絵使う場合。 カットシーンで一部の Actor の処理が１フレームだけ ズレてしまう場合。 下手すると、こちらのシーンだと正常だけど、そちら のシーンだとおかしくなる、といった事も発生しえま す。 55
Actor の Tick 順番 → 順番ってどうなってるの？ 56
Actor の Tick 順番 FTickTaskSequencer が Tick を管理している ● AllEnabledTickFunctions に Tick が有効なリスト を保持している ○ FTickFunction::SetTickFunctionEnable で登録 ● Actor は生成時に登録する 57
Actor の Tick 順番 毎フレーム Tick の処理 1. Tick が有効なリストから、今回実行する TickGroup をキューに積む ○ TickFunction->QueueTickFunction で行う ○ “tick.AllowAsyncTickDispatch 1” で ASync で積める 2. 積んだキューを実行する ○ GameThread で実行 3. 終了を待つ ○ FTaskGraphInterface::Get().WaitUntilTasksComplete 58
Actor の Tick 順番 TickGroup ● このグループ単位で処理されていく ● 大まかな順序付け出来る ● AActor からは PrimaryActorTick::TickGroup ● BP の Actor 設定に有る 59
Actor の Tick 順番 Tick の開始と終了 ● Tick を始める Group 設定 ○ FTickFunction::TickGroup ● Tick の終了を同期する Group 設定 ○ FTickFunction::EndTickGroup ○ GameThread が SingleThread で動いていると意味ない ハズ……？ 60
Actor の Tick 順番 TickGroup ● TG_PrePhysics ● TG_StartPhysics ● TG_DuringPhysics ● TG_EndPhysics ● TG_PostPhysics ● TG_PostUpdateWork ● TG_LastDemotable 61
Actor の Tick 順番 Editor で設定出来るグループ ● TG_PrePhysics （フィジックス前） ● TG_StartPhysics ● TG_DuringPhysics （フィジックス中） ● TG_EndPhysics ● TG_PostPhysics （フィジックス後） ● TG_PostUpdateWork （アップデート後） ● TG_LastDemotable 62
Actor の Tick 順番 TG_PrePhysics ● 物理処理前に行う Tick ● ゲームループで真っ先に処理される ● AActor 等、物理行うものとか大体ここ ● USkeletalMeshComponent は物理ありの場合は終了同期は PostPhysics になる。無しの場合は PrePhysics 。 63
Actor の Tick 順番 TG_DuringPhysics ● 物理処理と並行して行う Tick ● 物理処理が重い環境だと、この TickGroup 設定に重い Tick 処理を持って来るとパフォーマンスが改善するかも ● ActorComponent 等、物理を絡まない Component 類 64
TG_PostPhysics ● 物理処理が終わった後に処理される Tick ● 物理の結果を拾って何かする時 ○ FSkeletalMeshComponentEndPhysicsTickFunction ○ FCharacterMovementComponentPostPhysicsTickFunct ion ○ FPrimitiveComponentPostPhysicsTickFunction Actor の Tick 順番 65
Actor の Tick 順番 TG_PostUpdateWork ● おおよそ全ての更新処理が終わった後に呼ばれる Tick 66
Actor の Tick 順番 同一 TickGroup 内での順番は？ 67
Actor の Tick 順番 TickGroup 内で処理される順番 1. HighPriority 設定優先 2. EndTickGroup 順（終了同期設定） 3. 管理クラスの Tick リストに積まれた順 a. ＝ Level に保存された Actor 順 b. Spawn された Actor 順 ※ 例外設定で順番が変わることもある 68
Actor の Tick 順番 HighPriority ● bHighPriority フラグが ON になっていると、同一 TickGroup 内でも優先的に処理される ● ただし、 C ＋＋からのみ設定可能 ○ FTickFunction::SetPriorityIncludingPrerequisites 69
Actor の Tick 順番 EndTickGroup 順（終了同期設定） ● 配列で EndTickGroup 要素順に並んでいるので、 その順番にキューに突っ込まれる ● ここを期待してソートするのはキツい 70
Actor の Tick 順番 管理クラスの Tick リストに積まれた順 ● Level に保存された Actor 順 ○ 改造で順番をソートして保存しない限り意図した実行順に するのはほぼ無理 ● Spawn した順 ○ こちらはある程度意図した通りに制御出来そう ■ ただ、内部的に TickGroup が違う等、設定が違うとかがあると狂 う 71
Actor の Tick 順番 順番の例外設定 ● Attach 等親子関係を持つ Actor 同士は順番を考慮 される。子供が後に処理される ● UE4 で Actor 間の Tick 実行順序に依存関係を持た せる方法 - ほげたつブログ ○ http://hogetatu.hatenablog.com/entry/2016/06/28/233002 ■ AActor::AddTickPrerequisiteActor を使う 72
Actor の Tick 順番 ややこしい 73
Actor の Tick 順番 分かりやすく Tick の優先付けするとしたら…… 1. TickGroup 2. HighPriority 3. 個別の関連付け くらい 74
Actor の Tick 順番 細かい順番には依存させず、依存が必要なら TickGroup を分ける位の括りが良い もしくは Tick で処理せずに、管理クラスで一括で処 理する等 75
スレッド 76
スレッド ● FRunnable を継承しているのがスレッド ● TGraphTask<TaskClass>::CreateTask(NULL).C onstructAndDispatchWhenReady(Task, *this); ○ のような形で動作しているのはタスクスレッドに積まれ て実行される。（これも別スレッド動作） 77
スレッド 主なスレッド処理 ● GameThread ● FRenderingThread ● FAudioThread ● FPhysXTask ● FParallelAnimationEvaluationTask 78
スレッド GameThread ● Tick とか動かしているスレッド ● 基本的にメインスレッド扱いになる筈 79
スレッド FRenderingThread ● 描画コマンド発行スレッド ● GameThread で変更した RenderState や RenderTransform を受け取って GPU に流し込むコ マンドを生成する ○ ENQUEUE_RENDER_COMMAND 系を使用することで RenderThread に Task を投げる ○ UWorld::SendAllEndOfFrameUpdates で GameThread から RenderThread へ更新した描画情報を投げている ■ UActorComponent::DoDeferredRenderUpdates_Concurrent で更新 80
スレッド FAudioThread ● オーディオ周りの処理を行うスレッド ○ このクラス自体での処理はない ○ 外部の USoundWave や FAudioDevice 、 UAudioComponent からコマンドを投 げられて処理する為のスレッド ■ FAudioThread::RunCommandOnAudioThread(<lamda 式 >) でコマンドを投げる 81
スレッド FPhysXTask ● 物理計算のタスク。スレッドで並列処理される ○ FPhysScene でアクセスされる ○ FStartPhysicsTickFunction で開始 ■ TickGroup: StartPhysics ○ FEndPhysicsTickFunction で終了 ■ TickGroup: EndPhysics 82
スレッド FParallelAnimationEvaluationTask ● スレッドで並列処理される ● USkeletalMeshComponent::RefreshBoneTransfor ms ○ “a.ParallelAnimEvaluation 0” で使わない様にも出来 る ■ USkeletalMeshComponent::PerformAnimationEvaluation が並 列化される ■ UAnimInstance::ParallelUpdateAnimation が並列化。ポーズの 計算が並列化されている 83
スレッド ほか今回解析出来なかったスレッド類（の一部） ● TAsyncRunnable ● FAssetDataDiscovery ● FAssetDataGatherer ● FAsyncWriter ● FUnrealAudioModule ● FUnrealAudioWasapi ● FUnrealAudioXAudio2 ● FSoundFileDecoder ● IAudioMixerPlatformInterface ● FMultichannelTcpReceiver ● FShaderCompileThreadRunnableBase 84
小ネタ 85
小ネタ InputEvent のタイミング 86
InputEvent のタイミング Actor で使用できる入力イベントノード 87
InputEvent のタイミング APlayerController の Tick で呼び出される ● APlayerController::TickActor ○ APlayerController::PlayerTick ■ APlayerController::TickPlayerInput ● APlayerController::ProcessPlayerInput ○ UPlayerInput::ProcessInputStack 88
CollisionEvent のタイミング 89
CollisionEvent のタイミング Actor で使用できるコリジョンイベント 90
CollisionEvent のタイミング ● UPrimitiveComponent::UpdateOverlaps 等で呼 びされる ○ 場所的には、 [SetActorLocation] 等の移動処理のタイ ミングで Overlap を計算してイベントを呼び出す 91
小ネタ 遅延実行のタイミング 92
遅延実行のタイミング Delay 系のノード ● Actor の Tick 内で処理される ○ AActor::Tick ■ GetLatentActionManager().ProcessLatentActions ● ただし、 TickInterval 等で Actor の Tick がスキッ プされた場合は UWorld::Tick で処理される ○ CurrentLatentActionManager::ProcessLatentActions ■ ※ 実行順番が変わるので注意！ 93
遅延実行のタイミング SetTimer 系のノード ● Actor の Tick ではなく、 UWorld::Tick で呼ばれ る FTimerManager::Tick から処理される ● TickGroup 的には TG_PostPhysics の 後、 TG_PostUpdateWork の前 94
小ネタ ノード右上のアイコンなに？ 95
ノード右上のアイコンなに？ 時計マーク ● [Delay] / [LoadAsset] 等に使用 ● Latent ノード ○ UFUNCTION に meta で Latent 指定 ■ FBlueprintMetadata::MD_Latent ● ノード内部の処理が終わるまで待機する。次に行か ない 96
ノード右上のアイコンなに？ PC+ 雷マーク ● [AnyDamage] 等に使用 ● AuthorityOnly ○ UFUNCTION に BlueprintAuthorityOnly 指定 ● “ ネットワーク権限を持つマシン上で ( サーバー、 Dedicated サーバー、シングル プレイヤー ゲーム ) 実行されている場 合、この関数はブループリントのコードからのみ実行されま す” ○ 関数 - Document ■ https://docs.unrealengine.com/latest/JPN/Programming/UnrealArchit ecture/Reference/Functions/index.html 97
ノード右上のアイコンなに？ モニター＋雷マーク ● [Create Widget] 等に使用 ● Cosmetic (ClientEvent) ○ UFUNCTION に BlueprintCosmetic 指定 ● “ この関数は表面上のもので、 Dedicated サーバー上では 実行されません。” ○ 関数 - Document ■ https://docs.unrealengine.com/latest/JPN/Programming/UnrealArch itecture/Reference/Functions/index.html 98
ノード右上のアイコンなに？ 丸二つマーク ● Replicated ○ UPROPERTY に Replicated 指定 ○ BP 上では変数のレプリケーション設定 ● ネットワーク上で同期を取ってくれる 99
ノード右上のアイコンなに？ 雷マーク ● AnimationBP 内の AnimGraph で使用 ● FastPath ● 繋がれる変数ノードが特定条件の時、 構造化して最適化してくれる ○ アニメーションのファストパスによる最適化 - Document ■ https://docs.unrealengine.com/latest/JPN/Engine/Animation/Optim ization/FastPath/index.html ○ スミオ先生の検証ツイートツリー - Twitter ■ https://twitter.com/tempkinder/status/940246489120391169 100