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わかった気になれる UE5レンダリング swd
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自己紹介 ● 名前 ○ swd (@s_w_d_) ● 所属 ○ Preferred Networks ○ 普段の仕事は全く描画関係なし ● OSS ○ Effekseer ■ EpicGamesからも支援
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概要 ● Unreal Engine5 ○ ゲームエンジン ○ とてもレンダリングが綺麗 ○ CitySampleで話題 ● 話すこと ○ UE5の描画技術の概要の一部 ■ 甘口 ■ 非描画技術者向け ● 話さないこと ○ UE5の設定 ○ 詳細な技術の実装 City Sample
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NaniteとLumen ● Lumen ○ リアルタイムGI ■ 直接光と間接光を リアルタイムに計算 ■ 発光等もリアルタイムに使用可能 ● Nanite ○ 大量のポリゴンを表示する技術 ■ 数千万ポリゴンの 3Dモデルを表示
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Nanite ● 大量のポリゴンを表示する機能 ● 主に2つの要素で構成 ○ 強力なカリングとLoD ■ Mesh Cluster Rendering ● メッシュの一部のみを描画する機能 ○ 描画時のメモリの転送量の削減 ■ Visibility Buffer ● メモリ転送量を抑制する描画手法
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カリング ● 従来の手法 ○ フラスタムカリング ■ カメラ外のオブジェクトを描画から除外 ■ 一部でも表示されている場合、全体が描画される ○ オクルージョンカリング ■ 壁等で隠れているオブジェクトを描画から除外 ■ 遮蔽の計算が難しい ■ 一部でも表示されている場合、全体が描画される
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Mesh Cluster Rendering ● 1つのメッシュを複数に分割 ○ 分割した単位でカリング ○ 必要なメッシュのみを描画 ● 距離に応じてメッシュを変更 ○ ポリゴンのサイズが同じになるように調整 近 遠
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AmplificationShader + MeshShader ● Amplification Shader ○ GPU側でメッシュを描画の可否を判断する機能 ● MeshShader ○ 高速でGPU上でメッシュを生成する機能 ○ 状況に応じて適切なメッシュを生成可能 ● UE5 ○ UE5は未サポートGPUのために ComputeShaderで代替の実装を行っている ○ 実質同様かつフォールバックの実装なので上記機能を説明
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AmplificationShader, MeshShaderによるLoDカリング ● 処理 ○ GPU内で遮蔽を計算、隠れた部分を描画メッシュから除去 ○ カメラ内のメッシュのみ描画 ○ 距離に応じてメッシュ切り替え ● 結果 ○ GPU、CPUの転送量が減って高速化 ■ 描画する、しないの判断をCPUが行っていた ■ 今まではオクルージョンカリングは CPUで行う必要があった ○ ポリゴン数をより細かく調節できて高精度化、高速化
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AmplificationShader, MeshShader ● AmplificationShader, MeshShaderはGPUの機能 ○ UE5特有の実装ではない ○ DirectX12 Ultimate, Vulkanの拡張等に存在 ○ 他ゲームエンジンでもいずれ採用されるかもしれない カリングされている DirectX12 サンプル
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描画方法の変更 ● 従来の描画方法 ○ Forward Rendering ○ Deferred Rendering
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Forward Rendering ● Forward Rendering ○ オブジェクトごとに直接色を描画 ○ メリット ■ 軽い ○ デメリット ■ 光源を増やせない
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Deferred Rendering ● Deferred Rendering ○ メリット ■ 大量の光源を配置可能 ○ デメリット ■ メモリの転送量が多い 計算用の情報のバッファを描画 情報のバッファを元に色を描画 メモリの転送量が多い！
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VisibilityBuffer Forward Rendering Deferred Rendering Visibility Buffer 複数光源 × 〇 〇 メモリ転送量 〇 × 〇 The Visibility Buffer: A Cache-Friendly Approach to Deferred Shading
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VisibilityBuffer ● スクリーンにポリゴンのIDを書き込み ○ メッシュID ○ ポリゴンID ○ ポリゴン内位置 ○ 等 メッシュID ポリゴンID
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VisibilityBuffer ● 書き込まれたポリゴンのID等から面を取得 ● 取得された面を描画 ● DeferredReneringよりメモリ転送量が少ない ○ IDなので軽い 画像から ポリゴンID等を取得 ポリゴンから 面の情報を取得
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まとめ ● カリングとLoDの強化、描画方法の変更により高速化 ○ 計算量、メモリ転送量ともに減少 ● ただし特定オブジェクトのみ対応 ○ 例：半透明
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Lumen ● リアルタイムGIレンダリング ○ 直接光＋間接光のリアルタイム計算 直接光 間接光
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直接光 ● 遮蔽物を考慮しつつ計算 ● 間接光として重くはない 直接光
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間接光の計算 ● 複数回の反射の計算 ○ オブジェクトに衝突した光が反射され他に衝突 ○ 計算量が膨大
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従来手法 ● 手順 ○ 間接光を事前に計算 ○ テクスチャに結果を焼きこみ ● 問題点 ○ 動的物体に対応できない ○ 環境の変化に対応できない リアルタイムに計算したい！
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リアルタイムGIの実現 ● リアルタイムGI実現のために2種類のデータをリアルタイム生成 ○ ScreenProbe ■ スクリーン上の光源情報 ■ 不透明物体向け ○ GI Volume ■ 空間上の光源情報 ■ 半透明物体向け
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ScreenProbe ● スクリーン上で一定間隔ごとに情報を記録 ○ 360度方向の入射光の方向と強さ ○ 視界に映るオブジェクトの部分ごとの間接光を計算しやすくなる
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GIVolume ● 3D空間上に一定間隔ごとに情報を記録 ○ 360度方向の入射光の方向と強さ ○ ScreenProbeとの違いは密度と配置 ● 半透明物体向け
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計算方法概要 ● オフライン ○ メッシュカード生成 ■ 計算高速化用データ ○ 他様々な高速化用データ生成 ■ 本講演では説明せず ● オンライン VoxelLighting 直接光 メッシュカード情報 VoxelLighting ScreenProbe GI Volume
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メッシュカード ● 計算を軽量化するためのメッシュ ● オブジェクトを直方体で近似 ○ 入り組んでいる物体は苦手
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メッシュカードへの情報計算1 ● カメラ近辺のメッシュカードを取得しテクスチャにＵＶを展開 ● 表面の材質の情報を計算 ● 材質のテクスチャ上に配置 ○ 次の計算に利用
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メッシュカードへの情報計算2 ● 材質を元にメッシュカードへのライティングを計算 ● 直接光 ○ 遮蔽を考慮しつつ、光源からのライティングを計算 遮蔽物
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メッシュカードへの情報計算2 ● 間接光 ○ VoxelLightingに対してレイトレーシング メッシュカード VoxelLighting レイトレーシング
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VoxelLighting ● 光源の輝度＋方向情報をボクセル上に記録したもの ● 高速化のために粗密のデータを生成
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VoxelConeTracing ● VoxelConeTracingで輝度を計算 ○ 円錐の形状でボクセルの輝度を取得 ○ 遠距離ほど疎なデータを参照することで高速化
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VoxelLightingの生成 ● メッシュカードの情報から生成 ● 近傍のメッシュカードを取得し計算
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ScreenProbe ● 複数の情報から生成 ○ MeshCard ■ 近距離 ○ VoxelLighting ■ 中距離～ ○ SSGI ■ 全体 ■ スクリーン上の画像から簡易的な GIを行う ● 今回は説明なし
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GI Volume ● LightingVoxelで全方向にVoxelConeTracingすることで作成
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複数回反射 ● VoxelLightingが2つある ○ 前フレームのデータを移動させて使用 ○ 情報を積算してくことで間接光の複数回反射を実現 VoxelLighting 直接光 メッシュカード情報 VoxelLighting ScreenSpace Probe GI Volume
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まとめ ● これらの処理によりリアルタイムGIを実現 ○ 高速な視点、オブジェクト移動には弱い
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最後に ● これらは大まかな説明 ○ 詳細を気になる方は他の資料を見てください ● かなりUE5の実装は難解 ○ 間違ってたところがありましたら、教えてください ● 弊社の3DScanしたデータをUE5で表示してみました
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ご清聴ありがとうございました Preferred Networksでも3D人材を募集しています