Unity2018/2019における最適化事情
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2019/9/5に開催されたCEDEC2019の講演スライドです。 講師：黒河優介（ユニティ・テクノロジーズ・ジャパン合同会社） Unityのイベント資料はこちらから： https://www.slideshare.net/UnityTechnologiesJapan/clipboards
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Unity2018/2019における最適化事情
- 3. 本講演の内容について • Unity Profiler関連のアップデート情報 • 既存機能でのパフォーマンス向上が見込める変更 • パフォーマンス向上に影響ありそうな新機能
- 4. Unity Profiler関連のアップデート情報 • Profilerのアップデート • Profiling関連のPackage Update • Profile Analyzer • Profiler Reader ※下記の 2018年度CEDEC講演で触れた内容については端折ります。 https://www.slideshare.net/UnityTechnologiesJapan/unity-111054310
- 5. Profilerのアップデート • 2019.3から、300フレーム制限→2000フレームまで • 2019.3から、HierarchyでMain以外のThread対応 • 2019.3から、IL2CPPでもDeepProfilingサポート • 2018.3から追加されたAPI「Profiler.SetAreaEnable」 • 2019.1から追加されたAPI「FrameMetaData」 • 2019.3でCreateGPUProgram時にShaderのkeywordも取 れるように
- 17. FrameMetaData (2019.1～) • マニュアルのサンプルでは、Textureデータを埋め込ん でいる https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Profiling.HierarchyFra meDataView.GetFrameMetaData.html • 他にもモバイル端末での温度等を取得してProfilerに載 せる等を行えば、サーマルスロットリングで処理落ち したかどうか等を追う事が可能になる
- 22. Profile Analyzer
- 23. Profile Analyzer • ProfilerWindowからUnity APIを使ってデータを引っ 張って来て整理した状況を可視化するツール • Unity 2019.1からPackageManagerに入った • ソースをPackageManagerの管理下よりコピーすれば、 Unity 5.6でも動作可能(※0.4.0-preview時点では)
- 28. Profiler Reader • 現在 UnityJapanのgithub上で公開 https://github.com/unity3d-jp/ProfilerReader • CUIで ログファイル→csv変換を呼び出す事も考慮 • ユーザー側でも独自にcsvを追加することが可能 • UnityEditorのバージョンアップごとにログファイルの フォーマットがバージョンアップされるので、 ProfilerReaderも都度バージョンアップして対応中
- 31. 既存機能への最適化 https://blogs.unity3d.com/2018/09/25/performance-benchmarking-in-unity-how-to-get-started/
- 32. 既存機能のアップデート • AnimatorのGameObject非アクティブ化時のリセット対策 • GPU Instancing対応 • TerrainのGPU Instancing対応 • ParticleSystemのGPU Instancing対応 • AndroidでのWorker Threadの調整 • PhysXアップデート
- 33. Animatorの非アクティブ化時のリセット対策 • 「Animator.keepAnimatorControllerStateOnDisable」 APIが2018.1～追加 • Trueにすることで、GameObjectのEnable/DisableでAnimatorの ステートを保持し続ける事が可能に • Falseの場合、GameObjectのDisable時にAnimatorの内部バッ ファをクリアしてしまいステート情報が残らない
- 34. GPU Instancingについて • 複数の「同一Mesh、Material」のオブジェクトを少な いCPUオーバーヘッドで描画する機能 • DynamicBatchingと違い、CPUでMesh結合処理をしな いで済むのでその分軽い • OpenGLES 2.0、一部のOpenGLES3.0(Adrenoの一部)端 末以外では動作可能 • SystemInfo.supportsInstancing で対応しているか確認 出来る
- 36. ParticleSystemのGPU Instancing対応 2018.1以降でParticleSystemの RenderModeがMesh時のみ、 Instancing描画の設定項目が追加
- 41. AndroidでのWorker Threadの調整 • Androidで5.6 -> 2017.4でAnimator等のテストでハイエ ンド寄りの端末でパフォーマンス劣化があった • モバイル開発チームで、Android SystraceやUnity Profilerを行った • WorkerThreadを作成する際にCPUのLittele Coreの数 を考慮に入れるように処理を変更 • RenderThreadの優先度も変更
- 42. PhysXアップデート • Unityの物理演算はPhysXを利用 • UnityのバージョンとPhysXのバージョンは下記の対応 • Unity 5.0～Unity 2018.2 -> PhysX 3.3.3 • Unity 2018.3～Unity 2019.2 -> PhysX 3.4.2 • Unity 2019.3～ -> PhysX 4.1
- 43. PhysXアップデート • PhysXのアップデートにより、パフォーマンスの向上 も得られる • その代わりに細かい挙動も変わるので、ゲームの大 部分が物理に依存していた場合にUnityのバージョン アップの障壁となる可能性がある • CharacterControllerもPhysX機能をWrapperしている だけ
- 44. PhysXアップデート • OnCollisionEnter(Collision )等のPhysicsのコールバック で引数があった場合には、呼び出しごとにGC Allocが 発生していた • 2018.3からPhysics.reuseCollisionCallbacksのフラグに よって、GC Allocが発生しない コリジョン時のコール バックが可能になった
- 46. [TIPS] PhysX
- 48. [TIPS] PhysX Physics.Raycast はPhysics側で行う処理。 Physics.Raycast の間で、Transform更新があった場合に Physics側 にSyncすることで、直前に行われたTransform更新を正しく判定処 理することが出来るが、その処理は重い
- 49. 新機能(描画系) • Dynamic Resolution • Stripping Scriptable Shader Variants • LWRP • SRP Batcher
- 50. Dynamic Resolution • GPU負荷が高いときに、解像度を下げる事でフレーム レートを担保する技術 • 以下の二つの組み合わせで実現される • GPU負荷をランタイムで計測するFrameTimingManager • スケーラブルなバッファを管理するScalableBufferManager
- 51. Dynamic Resolution • 実装されたタイミングがプラットフォーム毎に異なる • 2018.3のタイミングでは下記をサポート • Xbox One, PS4, Nintendo Switch, iOS, mac, tvOS (Metal only), Android (Vulkan only), Windows Standalone ,UWP (DirectX 12 only).
- 52. Dynamic Resolution • FrameTimingによって取得してきたGPU負荷を、 ScalableBufferManagerを使い解像度変更を行う部分は アプリケーション毎にC#で制御する • https://docs.unity3d.com/Manual/DynamicResolution.html • ScalableBufferManagerで管理されて解像度変更を行わ れるかどうかはCamera/RenderTexture毎に設定が可能
- 53. Dynamic Resolutionの導入 適応範囲がRendering解像度のみなので、既に進行中の プロジェクトでも比較的導入しやすい。 ただ OpenGLESは未対応なので、モバイルでは片手落ち
- 54. Stripping Scriptable Shader Variants • Unityではビルド時に余計なShader Variantを自動的に 判別して削っていた • 2018.2からアプリケーション開発者側でも判別して削 ることが可能になった https://blogs.unity3d.com/jp/2018/05/14/stripping-scriptable-shader-variants/
- 55. Stripping Scriptable Shader Variants Shader SubShader Pass Shader情報と Shader Program
- 56. Stripping Scriptable Shader Variants Shader SubShader Pass Shader情報と Shader Program Shaderのステージ(vertex/fragment)、キーワード毎に実体がある。 2018.2からは、ビルドに含むか含まないかをC#のコールバックで 制御できるようになる
- 57. Stripping Scriptable Shader Variants
- 58. Stripping Scriptable Shader Variants IPreprocessShadersインタフェースを継承して、 OnProcessShaderの IList<ShaderCompilerData> を 操作して、どのVariantをビルドに含めるか選択する
- 59. Stripping Scriptable Shader Variants Shaderのメモリ使用量を多かった 場合に検討
- 60. Stripping Scriptable Shader Variantsの導入 プロジェクトが利用しているShader Variantsを把握して いる、することが可能な環境であるなら、既存プロジェ クトへの適応はしやすい
- 61. LWRP • Scriptable Render Pipelineの実装の内の一つ • 2019.3からは Universal RPとなる • 標準Shaderが、モバイルでも考慮されて作られている • 描画パイプラインのカスタマイズの幅が大きい • ただカメラコールバックが使えなくなるなどポストエ フェクト系は作りなおしが必要になる
- 62. LWRP(Universal RP) の導入 Shaderへの対応が必要であったり、Material・ PostEffectの作り直しが必要であり、既存プロジェクト への導入はコストが高い Unityのグラフィック開発の多くのリソースは、既に Universal RPに移っている。これからの新しいプロジェ クトの場合はUniversal RPの検討をオススメ
- 63. SRP Batcher • Scriptable Render Pipeline使用状況でかつ、SRP Batcherに対応したShaderでのみ有効 • Materialのセットアップを描画の最初の時に出来る限り 行い、その後のMaterial切り替えを出来る限り抑える • GPU Instancingとの共存は出来ない • Platformによりけりだが、Instancingより速いケース が多い https://blogs.unity3d.com/jp/2019/02/28/srp-batcher-speed-up-your-rendering/
- 66. 新機能 • PlayerMainLoop • GC制御用のAPI • Incremental GC • DOTS • NativeContainer / C# JobSystem / Burst / ECS • Mesh API v2
- 67. PlayerMainLoop • Unity 2018.1から利用可能 • PlayerLoopから余計な処理を削除したり、処理の間に 好きな処理を入れることが可能 • たとえばPhysXを使わないアプリなら、PhysX関連の 処理そのものをループから消すことが可能
- 72. PlayerMainLoop • Unity 2019.3から、Renderingのみをスキップ制御する API「OnDemandRendering.renderFrameInterval」が追加 • モバイル環境で、ロード画面などの画面更新がない時、 バッテリー消費を抑えることが可能
- 74. GC制御用のAPI • Unity 2018.3から、GCを制御するAPI “GarbageCollector” が追加された • GCを一定の間発生させなくするという制御が可能に https://docs.unity3d.com/ScriptReference/Scripting.GarbageCollector.html
- 76. Incremental GC • これまでUnityのGCは、GCが走り始めると作業が完了す るまで止まらず、長い処理スパイクになっていた • Incremental GCでは、GC処理を毎フレーム少しずつ走ら せる事で大きなスパイクを回避する • Unity 2019.1ではExperimentalとして実装、2020辺りから IncrementalGCの方がデフォルトになる https://blogs.unity3d.com/jp/2018/11/26/feature-preview-incremental-garbage-collection/
- 77. Incremental GC
- 78. Incremental GCの導入 PlayerSettingsへの対応のみなので、対応そのものは容 易。 ただメモリ周りの挙動が変わるので、メモリがカツカツ なプロジェクトの場合対応は慎重に
- 79. DOTS • Data Oriented Technology Stack • NativeContainer,C# JobSystem,Burst,ECSなどのデー タ志向型のテクノロジーを総称したもの
- 80. NativeContainer • Unity 2018.1から利用可能 • GCとは関係なく確保できるメモリ • C,C++のように new / Disposeを自前で管理
- 81. C# JobSystem • Unity 2018.1から利用可能 • Unityが確保したJob用のWorkerThreadを利用して処理 の高速化を図る • アプリごとのC#処理もWorkerThreadで出来るが、 ManagedHeapにアクセスできない等の制約あり • 各機能が徐々にC# JobSystem向けのAPIを提供 • ParticleSystem,Physics,Navimesh等
- 82. [TIPS] IJobParallelForTransform • 複数のTransformのrotation/positionを並行して操作す るためのAPI • 同じRootオブジェクトを持つTransformに対して操作 が行われた場合には、その場でSync処理が走るように なっている(※2018.4にて確認）
- 86. Burst • Unity のPackageManagerより配布 • 既にpreview外れている • ILコードより、もっと効率的なコードを書き出す • 関数単位で、適応するか選択可能 • 限定された機能のみのC#を高速化する • 新しいMathライブラリを使う必要あり https://docs.unity3d.com/Packages/com.unity.burst@1.1/manual/index.html
- 88. ECS • データの連続性を考慮した新しいオブジェクト制御シ ステム • メモリ上で処理したときに効率が良く処理できる • ロードも連続性を考慮しているので速い • プログラミングの書き方がMonoBehaviourと大きく異 なる
- 89. ECS • まだ previewという形で PackageManagerから配布 • 2018/2019という時点では、まだまだ発展途上 • ECSは UnsafeなC#で書かれている • Burstで高速化されることが前提にある
- 90. ECS の導入 まだまだ previewなので、チャレンジャー向け。 参照関係を解決して処理などはまだ書きにくい。 オブジェクトの独立性が高くて数が多い背景のオブジェ クト辺りからECSを試してみる
- 92. DOTS相関図 ECS C# JobSystem Burst NativeContainer C#JobSystemでは Managed Heap 使えないので、利用
- 94. Mesh API v2 • 2019.3にて、ランタイムでの動的なMesh生成のための APIが更新 • C# のGC Allocしないで、動的Meshの生成が可能
- 95. まとめ • Unity Profilerもアップデートしている • 既存機能も変更してパフォーマンス改善している • 新機能をうまく取り込んでパフォーマンス改善！