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![[CEDEC2017] UE4プロファイリングツール総おさらい（グラフィクス編）](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/ue4profilingbasiccedec2017-170831013144-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
![[4.20版] UE4におけるLoadingとGCのProfilingと最適化手法](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/ue4loadgcprofilingoptimization420-180802153630-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
![[CEDEC2018] UE4で多数のキャラクターを生かすためのテクニック](https://cdn.slidesharecdn.com/ss_thumbnails/cedec2018charcterperdormanceoptimze-180823081028-thumbnail.jpg?width=640&height=640&fit=bounds)
UE4のライティング解体新書 ～効果的なNPRのためにライティングの仕組みを理解しよう～
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- 4. #ue4fest#ue4fest • 田中達大 ソレイユ株式会社 シニアソフトウェアエンジニア 業界歴３０年近く。ここ７年ほどはUnrealEngineと付き合っ てます。自社、他社のUE4タイトルを複数受け持ち、CGを中心 に技術全般を担当してます。 自己紹介
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- 7. #ue4fest#ue4fest • 数式とか難しい話はそんなにしません。 • 写真撮影OKですが、シャッター音がしないアプリを使いまし ょう。 •スライドはすぐに公開するので、撮影しなくて大丈夫です。 はじめに
- 8. #ue4fest#ue4fest • 前提条件 • ライトの種類 •直接光と間接光 • 平行光源と点光源（面光源は扱わない） • 環境光（スカイライト） • レンダリングの種類 • ディファードレンダリング • フォワードレンダリング • ディファードとフォワードのパフォーマンス比較 アジェンダ（１／２）
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- 11. #ue4fest#ue4fest ライティングとはライトを当てることです（当たり前） • UE4におけるライティングは、シーンに置かれたメッシュな どにシーンに置かれたライトの影響を計算して、最終的に色 を出力することです。 • 概ね物理法則に従っているが、省略や近似も多い。 •このセッションでは間接光はUnreal Lightmassを扱います。 LPVなどの他のライティングシステムには言及しません。 • AreaLightに関しても話が複雑になるので、無いものとして語 ります。 ライティングとは
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- 13. #ue4fest#ue4fest • UE4で扱うライトには大きく分けて、直接光と間接光があり ます。 • 直接光は物体に直接あたってるライト、間接光は他の物体に あたって反射した結果のライト。 •直接光は描画時にライティング計算されますが、間接光は Lightmassで事前計算され、ライトマップやボリュームテクス チャに格納されたものを描画時に利用して計算されます。 直接光と間接光
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- 17. #ue4fest#ue4fest • ライトのタイプがMovableかStationaryのライト • レンダリングパス内で各ライトから計算される。 •基本的な構成は１つのStationaryなDirectional Lightと、必要に 応じてMovableかStationaryなPoint LightやSpot Light。 • 要するに、太陽光とシーンに配置された点光源というのがス タンダードな構成。 UE4の直接光
- 18. #ue4fest#ue4fest • あらゆるStaticなライト（Skylightも） • リアルタイムには計算されず、ライトビルド時に計算されて、 ライトマップテクスチャに書き込まれる。 •静的オブジェクトは、そのオブジェクトに対してライトマッ プが生成される。 • 動的オブジェクトは、ライトビルド時に生成されたVolumetric Lightmapを元に間接光が計算される。 （以前はIndirect Light Cacheをもとに計算されていた） UE4の間接光
- 19. #ue4fest#ue4fest • 平行光源は方向だけを持ち、範囲を持たない。 • が、4.20からはDynamicな平行光源が範囲を持つカプセルと して計算されるようになった。 •点光源は特定の座標から広がり、距離によって減衰するライ ト。全方向に広がるのがPoint Light、特定の方向に広がるのが Spot Light。 • 4.20でArea Lightも実装されたが、複雑なので割愛。 平行光源と点光源
- 20. #ue4fest#ue4fest • UE4では主にSkylight。 • 実際にはシーンをキャプチャしたキューブマップによるライ ティングが行われる。上からの空の色と下からの地面の色で ぼんやり照らすイメージ。 •StaticなSkylightの影響は間接光として焼き込まれる。 環境光
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- 22. #ue4fest#ue4fest • ライト、カメラの方向に応じたシェーディング • 動的な影、動いている物体のセルフシャドウ •スペキュラの生成 動くものを正しく描画するには動的なライトが必要です。 静的なライトだけでは物体やカメラが移動してもシェーディ ングに変化がありません。 動的なライトにしかできないこと
- 23. #ue4fest#ue4fest • できるだけStationaryにしましょう。 • PointLight、Spot Lightは範囲を狭く、ライトどうしの範囲が 重ならないように。 • 不要ならCast Shadowを切る。ライティングよりも影の生成 の方が重い。 影についてはStationary Lightの方が軽いと一概には言えない ので、スミオさんのブログを参考にしてください。 Stationary Lightの影について 動的なライトを軽くするには
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- 29. #ue4fest#ue4fest • StationaryやMovableなDirectional Lightは必ずシーンにひとつ だけ配置してください。複数配置すると不具合の原因になる ことがあります。 •Directional Lightは範囲が無いのでシーン全体に影響します。 Directional Lightについて注意
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- 32. #ue4fest#ue4fest • 解説しようと思いましたが、篠山さんが詳しくまとめてくれ てるので、こちらをどうぞ。 Lightmass DeepDive 2018 Vol.1: Lightmass内部アルゴリズム概 要(Lightmap編) Unreal Lightmass
- 33. #ue4fest#ue4fest 要点だけ。 • Staticなライト、Static Meshは配置しただけでは静的なライテ ィングがされません。必ずライトビルドしましょう。 •特にパフォーマンスを見る場合は必ずライトビルドが必要。 • この表示が出ている状態はライトビルドされてません。 1 unbuilt objects、１つだけでもパフォーマンス全体に大きな 影響を与えることがあります。必ずビルドしましょう。 Unreal Lightmass
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- 37. #ue4fest#ue4fest • BaseColor • Roughness •Specular • SubSurfaceColor • Metallic • WorldNormal • SceneDepth • LightingModel GBUFFERの主な出力
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- 43. #ue4fest#ue4fest 描画パス一覧 1 描画パス名 GPUParticles_PreRender HZB PrePassDDM_AllOpaque BeginRenderingGBuffer ResolveSceneDepthTexture BasePass ComputeLightGrid ResolveSceneDepthTexture BeginOcclusionTests GPUParticles_PostRenderOpaque HZB SetupMip 0 RenderVelocity HZB SetupMip Mip 1 LightCompositionTasks_PrLighting
- 44. #ue4fest#ue4fest 描画パス一覧 2 描画パス名 Translucency PostProcessEyeAdaptation DistortionDownsample ResolveSceneColor PostProcessWeightedSampleSum BokehDOFRecombine PostProcessCombineLUTs VelocityFlattenCS Tonemapper VelocityGatherCS PostProcessFXAA MotionBlur SlateUI
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- 50. #ue4fest#ue4fest 描画パス一覧 描画パス名 GPUParticles_PreRender HZB PrePass DDM_AllOpaqueShadowDepth ResolveSceneDepthTexture BeginRenderingGBuffer ComputeLightGrid BasePass BeginOcclusionTests ResolveSceneDepthTexture HZB SetupMip 0 1024x1024 GPUParticles_PostRenderOpaque HZB SetupMips Mips:1 512x512 RenderVelocity
- 51. #ue4fest#ue4fest 描画パス一覧 2 描画パス ResolveSceneDepthTexture ScreenSpaceReflections GPUPArticles_PostRenderOpaqueTAA ScreenSpaceReflections LightCompositionTasks_PreLighting ReflectionEnvironmentAndSky ClearTranslucentVolumeLighting BeginRenderingSceneColor Lights ExponentialHeightFog InjectAmbineCubemapTranslucenctVolumeLighting Translucency FilterTranslucentVolume Distortion
- 52. #ue4fest#ue4fest 描画パス一覧 3 描画パス PostProcessEyeAdaptation MotionBlur SlateUIPostProcessWeightedSampleSum Downsample PostProcessCombineLUTs PostProcessWeightedSampleSum Tonemapper BokehDOFRecombine VelocityFlattenCS VelocityGatherCS
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- 54. #ue4fest#ue4fest Deferred Renderingのみのパス 描画パス名 LightCompositionTasks_PreLighting ClearTranslucentVolumeLighting LightsInjectAmbientCubemapTranslucentVolumeLighting FilterTranslucentVolume ScreenSpaceReflections ExponentHeightFog TAA ScreenSpaceReflections ReflectionEnvironmentAndSky
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- 77. #ue4fest#ue4fest Deferred Rendering追加パス おさらい 描画パス名 LightCompositionTasks_PreLightingClearTranslucentVolumeLighting Lights InjectAmbientCubemapTranslucentVolumeLighting FilterTranslucentVolume ScreenSpaceReflections ExponentHeightFog TAA ScreenSpaceReflections ReflectionEnvironmentAndSky
- 78. #ue4fest#ue4fest それぞれの負荷 描画パス名 LightCompositionTasks_PreLighting 2.074ms ClearTranslucentVolumeLighting0.009ms Lights 3.021ms(ただしBasePassから切り離されたLight 処理なので、この分はBasePassが軽くなってる。) InjectAmbientCubemapTranslucentVolumeLighting 0.009ms FilterTranslucentVolume 0.017ms ScreenSpaceReflections 1.697ms ExponentHeightFog 0.097ms TAA ScreenSpaceReflections 0.321ms ReflectionEnvironmentAndSky 1.08ms
- 79. #ue4fest#ue4fest • LightCompositionTasks_PreLighting =2.074ms • ScreenSpaceReflection = 1.697ms • TAA ScreenSpaceReflections = 0.321ms この辺りに関しては元々ForwardRenderingでは処理できない 部分なので、オミットしてもForwardと見た目は合うはず。 速度的にはこれで4ms程。 機能をある程度Forwardに準拠させれば特別なイニシアチブは なさそう。 Forwardに合わせる形で機能をオミット
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- 88. #ue4fest#ue4fest • Pix =Micro Softが提供しているProfiler • RenderDoc = 現在UE4標準のProfiler、オープンソースでプラ グインが用意されている。 • Interl Graphics PerformanceAnalizer = intel製 リアルタイム で描画イベントをハックしたデバッグもできる。 • NSight = NVidia製 RenderDocに比べると敷居は高め ＊自分が一番よく使うのはコンソール系のProfiler達です が・・・。（一番ノイズが少なく詳細なので・・・） GPUProfileを撮れるProfiler
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- 110. #ue4fest#ue4fest まずはディファードを拡張するのがオススメです。 理由は • GBufferを見ながらステップバイステップで状態を確認できる。法線の 値とかをRenderDocで確認したりできる。 • ディファードで動いたものはだいたいフォワードでも動く （ただし、GBuffer情報を使うポストプロセスは無理) •ディファードだとGBufferに収まるようにパラメータを考える必要があ るが、フォワードはGBufferを介さないのでパラメータを増やしやすい。 GBuffer構成を考えずにフォワードで拡張してしまうと後からディファ ードに対応するのが難しくなる。 じゃあどっちで拡張する？
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- 113. #ue4fest#ue4fest • 独自のShading ModelをEngine/Sourceフォルダ内のC++ソー スコードに追加します。 •追加したShading Modelの実際のライティング処理をShaders フォルダ内のShader Codeに追加します。 概要
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- 115. #ue4fest#ue4fest • このスライドを作成した時点での最新版、4.20.3をベースに します。 • 4.20ではAreaLightの実装のため、シェーダーコードがかなり 変わりました。ライトの計算部分は複雑になりましたが、コ ードは整理されて、とても見やすくなりました。 • 4.20以前だと実装の仕方が少し変わります。 UE4のバージョンについて
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- 118. #ue4fest#ue4fest 次はLightパス。 • DeferredShadingCommon.usf ShadingModelのID定義とGBuffer情報のデコード • DeferredLightingCommon.ush ライトとシャドウを処理して、ShadingModelごとの処理を呼 び出し、結果を加算する。 実際のシェーダー内での処理の流れ
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- 125. #ue4fest#ue4fest スペキュラの色とリフレクションの強さに大きく影響します。 Shader Code内でMetallicが使われている部分 GBuffer.SpecularColor =lerp(0.08 * Specular.xxx, BaseColor, Metallic.xxx); GBuffer.DiffuseColor = BaseColor - BaseColor * Metallic; スペキュラカラーはスペキュラ値が大きいほどMetallicに指定し た強度の白に近くなります。 Metallicが強いほどDiffuse色は黒に近くなります。結果的にリフ レクション要素が強く、はっきり見えます。 じゃあMetallicは何に影響するの？
- 126. #ue4fest#ue4fest こんなマテリアルを用意して試 してみました。 • ベースカラーは緑 • Metallic1 • Specular 0.5 • Roughness 0 めいっぱい金属でツルツルです。 実際に試してみた
- 127. #ue4fest#ue4fest 比較用のマテリアル。 • ベースカラーをShader内と同様 にMetallicで減算 • Metallic1 • Specular 0.5 • Roughness 0 実際に試してみた(その２)
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- 133. #ue4fest#ue4fest • Metallicの数値を上げるとDiffuse Colorは0に近づきます。 •しかし、リフレクション計算時のDiffuse Colorは減衰しません。 Metalic=1の場合、そのマテリアルにはライティングの効果が全く無く、 BaseColor * リフレクションの色になるという考え方のようです。 ちょっともやっとします。完全に光を反射するなら、その物体の色がリ フレクションに影響するのも変じゃない？ 「鏡の色は何色？」みたいな話になってきます。 まあ、とにかくMetallicの数値を0より大きくするときは、リフレクショ ンが有効であることがセットになると意識するのが良さそうです。 Specularは光源の反射、Metallicはシーンの反射ということでしょうか。 Metallicとリフレクション
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- 135. #ue4fest#ue4fest ライティング結果を最終的に反映させる部分。 LightAccumulator 結果の出力先 LightColor ライトの色 LightMaskライトの効果範囲のマスク。Directionalは常に1 Shadow.SurfaceShadow ダイナミックシャドウの結果 Lighting.Diffuse + Lighting.Specularがシェーディングの結果のDiffuseと Specular。 LightColor * LightMask * Shadow.SurfaceShadowがライトと影の影響 (Diffuse + Specular) * ライトの影響 * 影の影響 が最終的な結果になります。この結果を加算します。ライトは重なるとその 分明るくなるので、単純に加算していけば良いわけです。
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- 137. #ue4fest#ue4fest UE4での動的な影はシェーダー内では２種類にわかれます。 • N dotLの結果が０以下になった部分。 法線が光源と９０度以上離れていて、光の影響を受けないと みなせる部分。各Shading Model内で計算される。 • シャドウマップから生成されたマスク これはShading Modelの結果を加算するときに乗算されます。 影に処理を加えたい場合は、この２つの部分に手を入れると 良いでしょう。 影の処理は？
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- 139. #ue4fest#ue4fest • Diffuseの計算部分を独自のものにする。LUTを参照したり、計算式を変 えたりで、お手軽にNPRっぽい表現になる。 • SpecularやリフレクションはNPRの場合必要無かったりする場合もある ので省いてしまって、GBufferを別の用途に使うのもアリ。 •Subsurface Colorの領域が使えるので、ベースカラー以外の色を追加す ることも可能。影色を別に指定できるようにしたり、スペキュラカラー を指定できるようにしたり。 • 難しいのは影の扱いと、間接光。特に間接光をカスタマイズするのは難 しい。アンビエントカラーで弱くすることはできます。 ライティングのカスタマイズのコツ
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- 142. #ue4fest#ue4fest • ライティングの仕組み、順番を理解しておきましょう。 • エンジンの改造は割と簡単。でもアップデート時のマージに は気をつけて。 •NPRを組むときもライティングの基本は理解して組みましょ う。 • アニメでもイラストでも基本的に光と影を考えて描かれてい るものです。実際のライティングの法則を少し捻じ曲げるの がNPRの基本だと思っています。PBRの考え方はそのまま NPRに繋がります。 まとめ、田中パート
- 143. #ue4fest#ue4fest • 何の機能を使うか、使うべきなのかは作るゲーム次第。 どんなに耳障りの良い機能があってもその機能の負荷やデメ リット、書かれてない部分での使い勝手などは必ずチームで 対象プラットフォームで確認。 他人の言う お勧めや簡単はあなたの都合、状況を反映し ているとは限りません。 むしろ考慮してない事の方が多いはずです。 特にコンソールの情報はＮＤＡに守られていて、そこを考慮 した情報は出せません。 確認は超重要‼ まとめ、梶井パート
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