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軽率にVFX Graphと Compute Shaderを 組み合わせるテクニック にー兄さん(@ninisan_drumath) VFX Graph LT会

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にー兄さん(@ninisan_drumath) 株式会社ホロラボ ソフトウェアエンジニア Iwaken Lab. / Babylon.js勉強会運営 お仕事ではUnityを使ったxR開発がメイン 趣味ではBabylon.jsをよく触る うちの猫たち→

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本日の話 VFX GraphとComputeShaderを組み合わせることについて 何が嬉しいのか、どうやって実現するのかを紹介

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最近こんなものを作りました ここで使用した、ComputeShaderとVFXGraphの連携についてご紹介

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アジェンダ 1. CompuetShaderとVFXGraphを組み合わせるモチベーション 2. ComputeShaderとVFXGraphの連携方法 3. おわりに

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CompuetShaderとVFXGraphを 組み合わせるモチベーション

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VFX Graphで出来ることは多い VFXGraphには豊富なノードが用意されている SDFのサンプリングや Perlinノイズの生成、 Switchなどの制御もできる 最近はProbability Samplingノード 面白いなって思った

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しかし限界がある ノードベースならではの悩み？ VFX Graphでできないこと、苦手なこと - ループ処理 - 変数定義と格納 - バッファへの書き込み Cutsom HLSLノードによって解決するものもあるが メンテナンス容易性などの考慮は必要 BoidsはForループによるバッファのサンプリングと書き込みが必要

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一部のロジックを外部化して表現力を補う VFX Graphが苦手なロジックは他で補える

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一部のロジックを外部化して表現力を補う Unityで属性計算するための選択肢はいくつかある - MonoBehaviour - Entity Component System - Compute Shader 構成例） - C#で全てのパーティクル属性を毎フレーム計算 - VFXGraphはそれの可視化にのみ使用する

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例）Boidsの場合 Boidsは他のBoidの情報を参照するものの計算順序に制約はない そのため個々のBoidの状態更新処理は並列化できる

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Compute Shaderとは 汎用的な計算をGPUで行う GPGPUのための仕組み UnityではHLSL言語で記述 Kernelという単位で処理される KernelはThreadという単位でまとめて実行され、 スレッドはThread Groupという単位でまとめて実行される

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ComputeShaderの使い道

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ComputeShaderとVFXGraphの 連携方法

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3つのシステムとデータフロー ComputeShaderとVFXGraph、 そしてそれをつなぐC# 計算結果を特定のデータ型として 橋渡しする必要がある

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AttributeMap vs GraphicsBuffer VFX Graphへ連続的なデータを渡す方法は主に2種類 - AttributeMap - GraphicsBuffer AttributeMapの実態はテクスチャ　Sample AttributeMapノードがある pCacheはAttributeMap使うよね GraphicsBufferは配列ライクに扱えて手軽 2次元的なデータであればAttributeMapがいいかも

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ComputeShaderの実行　Kernelの定義 #pragma kernel CSMain float num; RWStructuredBuffer buf; [numthreads(4,1,1)] void CSMain(const uint3 id:SV_DispatchThreadID) { buf[id.x].x = num; buf[id.x].y = num; buf[id.x].z = num; } ほぼ普通の関数だが numthreadsでスレッド数を指定 #pragma kernelで関数名を指定

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ComputeShaderの実行　Kernelの実行 1. Kernelを取得 2. パラメータを指定 3. スレッドグループの数を指定してDispath _csMainKernel = computeShader.FindKernel("CSMain"); computeShader.SetFloat("num", 1.0f); computeShader.SetBuffer(_csMainKernel, "buf", _graphicsBuffer); computeShader.GetKernelThreadGroupSizes(_csMainKernel, out var x, out _, out _); computeShader.Dispatch(_csMainKernel, count / (int)x, 1, 1);

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VFX Graphへバッファを渡す パーティクルの属性データはGraphicsBufferとして保持 VFX GraphはGraphicsBufferの読み込みができる

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tips: StructuredBufferをVFXGraphでサンプルする [VFXType(VFXTypeAttribute.Usage.GraphicsBuffer, "BoidsData")] public struct BoidsData { public Vector3 Position; public Vector3 Velocity; }

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グラフはとても単純 外部にロジックを委託しているので グラフはすごいシンプル 色や形状を決定する部分は もっと作りこめるかも ここまでやると ComputeShaderの計算結果を VXFGraphに反映できた

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おわりに

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まとめ VFX Graphの表現力を拡張するために 属性計算ロジックを外部に委託するという選択肢がある GraphicsBufferを使ってComputeShaderの計算結果を VFXGraphへ渡すことができる

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参考文献 今回のサンプルプロジェクト https://github.com/drumath2237/Boids-Unity-ComputeShader-Sandbox コンピュートシェーダー - Unityマニュアル https://docs.unity3d.com/ja/2023.2/Manual/class-ComputeShader.html ComputeShaderを触ってみる その1 ～スレッド編～ https://edom18.hateblo.jp/entry/2017/05/10/083421 GPUの力を解き放て！Unity Compute Shader入門！ https://www.youtube.com/watch?v=yiPVxGO-Yg0 Class VFXTypeAttribute https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.visualeffectgraph@13.0/api/Unity Engine.VFX.VFXTypeAttribute.html