Fortniteを支える技術【UNREAL FEST WEST 2018】

Unreal Fest West 2018 UNREAL FEST WEST 2018

Fortniteを支える技術 Epic Games Japan – Yutaro Sawada UNREAL FEST WEST 2018

資料は後日公開します

目次 • Fortniteについて • Fotnite Battle Royaleを実現するために • ライティングとシャドウについて • LODとHLOD • アニメーション • Significance Manager • まとめ • 付録 UNREAL FEST WEST 2018

Fortniteについて

3月に日本で配信開始。 TPSのアクションビルディングゲーム UNREAL FEST WEST 2018

Fortniteについて 大きく分けて2つのモードがあります • Save the world(世界を救え) • オンラインで協力して敵と戦う • Battle Royale(バトルロイヤル) • 100人対戦 • プレイヤー同士で戦う UNREAL FEST WEST 2018

Battle Royaleの話がメイン

Fortnite Battle Royaleの特徴 • 100人が同時に ネットワーク上で対戦 • 2.5 km x 2.5 kmの 広いマップ • 建物を壊したり、 資材を集めて、 新しく建築することができる UNREAL FEST WEST 2018

Fortnite Battle Royaleの特徴 マルチプラットフォーム Windows, Mac, PS4, XBOXONE, iOS, Android... (Android版は現在開発中で未リリース) • ハードウェア毎にスペックがバラバラなので 最適化が必要に • 描画のクオリティやエフェクトなど、 スケーリング可能なパラメーター設計が必要になった UNREAL FEST WEST 2018

今日話すこと、話さないこと • 話すこと • 描画周りが中心 • ライティング • アセットリダクション • アニメーション • 話さないこと • ネットワーク • AI UNREAL FEST WEST 2018

Fotnite Battle Royaleを 実現するために

課題 100人対戦かつ、建物の破壊や建築といった コンセプトを実現させる 見た目を保って如何に処理を端折るか

Fotnite Battle Royaleを実現するために • ライティング • アセットリダクション • アニメーション • Significance Manager UNREAL FEST WEST 2018

ライティング

Battle Royaleの特徴① 建物などのフィールド上のモノを壊せる 昼や夜、ストームなどライティングが変わる

事前計算した静的なLightingが使えないことから すべて動的なライティング

Static Light(静的なライト)をオフにする方法 • Project SettingsのRenderingから、 Allow Static Lightingのチェックをオフ UNREAL FEST WEST 2018

シャドウについて Cascade Shadow Map(CSM) × Ray-traced distance field shadows(RTDF) UNREAL FEST WEST 2018

Cascade Shadow Map(CSM)について UE4で通常使用しているシャドウ 利点 • 背景に配置されている静的オブジェクトから、 アニメーションしている動的なオブジェクトまで、 静的/動的関係なくオブジェクトのシャドウを 動的に生成することが可能 • 品質がそこそこ良い △ 注意点 • 描画にコストがかかる UNREAL FEST WEST 2018

Ray-traced distance field shadows(RTDF)について 事前計算した3Dテクスチャを使用するシャドウ 利点 • CSMよりもコストが安く描画できる • CSMより30％～50％ UNREAL FEST WEST 2018

Ray-traced distance field shadows(RTDF)について △ 注意点 • エディタ上で事前計算しメッシュがデータを保持する (Ambient Occulusionでも利用する) • 歪んだスケールやアニメーションは使用できない • 細いオブジェクトだとレイが抜けて影がきれいにでない • メッシュ毎にメモリのコストが必要 UNREAL FEST WEST 2018

シャドウについて RTDF shadows 両方の利点を活かし、 • 手前のモノはCSM • 遠くのモノはRTDF CSM shadows UNREAL FEST WEST 2018

RTDFの使い方

RTDFのセットアップ • まずProject SettingsのRenderingから、 Generate Mesh Distance Fieldsを有効にする • Eight Bit Mesh Distance Fieldsを有効にすると 保存データが16bitから8bitになる • シーンの規模などによっては アーティファクトが発生する可能性があるが、 データサイズは単純に半分になる UNREAL FEST WEST 2018

RTDFのセットアップ UNREAL FEST WEST 2018

Mesh Distance FieldsのVisualize • 設定後、Editorを再起動し、 レベルをビルドすると、 事前計算データが作られます • ShowのVisualizeから確認できます UNREAL FEST WEST 2018

RTDFの使用方法 Directional LightのDetailsから、Distance Field Shadows欄の RayTraced DistanceField Shadowsのチェックをいれると有効 UNREAL FEST WEST 2018

RTDFの使用方法 Directional LightのDetailsから、Cascaded Shadow Mapsの Dynamic Shadow Distance MovableLightで影響範囲を指定 RTDF shadows CSM shadows UNREAL FEST WEST 2018

ライティング終わり

アセットリダクション

Battle Royaleの特徴② フィールドが広く建物や木といった オブジェクト数が多い 上空から飛び降りるアクションがあり、 フィールドを見渡すことができる

GPU負荷や、DrawCallを減らす改善が必要 LODとHLOD+Impostorによって改善

Level of Detail(LOD) • 遠い場合ポリゴンの 少ないモデルに切り替えて 描画負荷を減らす手法 UNREAL FEST WEST 2018

LODの注意点 利点 • 描画時のポリゴン数が減り、GPU負荷が軽減 △ • (Early Z-pass, Shadow pass, Base passに効果的) 注意点 • LODを保持すれば保持するほどメモリ量は増える UNREAL FEST WEST 2018

LODを使用するには • UE4でLODを使用するには2つの方法があります。 1. 外部ツールで作成し、インポートし使用する方法 2. UE4内部でLOD用メッシュを作成し使用する方法 UNREAL FEST WEST 2018

UE4でLOD用メッシュの作成 • UE4では、2つのLODメッシュ作成方法があります。 • UE4内製ツールで行う方法(QuadricMeshReduction) • ミドルウェアのSimplygonで行う方法(SimplygonMeshReduction) Project Settings – Editor – Mesh Simplificationから変更できます。 UNREAL FEST WEST 2018

LODの作成方法

LODの追加方法 Meshを開いて、LOD Settingsから Number of LODsの数を増やし、 Apply Changesで適応する。 UNREAL FEST WEST 2018

LODの追加方法 UNREAL FEST WEST 2018

LODの追加方法 LODの表示切り替えが 可能になっており、Detailsから 各種設定が行えるようになる。 UNREAL FEST WEST 2018

LODのReduction設定 Percent Trianglesを50％に設定、 Apply Changesで適応させる ポリゴンが半分のLODモデルを 作成することができる UNREAL FEST WEST 2018

LODの追加方法 LOD1 890 triangles, 760 vertices. UNREAL FEST WEST 2018

Static Mesh-Polygon percentageのみ変更した場合の LODの各種比較

Polygon Reduction 50%(UE4内製) 50％ LOD0 1782 triangles, 1467 vertices. 50％ LOD1 890 triangles, 760 vertices. LOD0 1782 triangles, 1467 vertices. LOD1 890 triangles, 760 vertices. UNREAL FEST WEST 2018

Polygon Reduction 10%(UE4内製) ※10を入れると9.99999となってしまう 9.99999％ LOD0 1782 triangles, 1467 vertices. 9.99999％ LOD1 178 triangles, 199 vertices. LOD0 1782 triangles, 1467 vertices. LOD1 178 triangles, 199 vertices. UNREAL FEST WEST 2018

Polygon Reduction 10%(横)(UE4内製) ※10を入れると9.99999となってしまう 9.99999％ 9.99999％ LOD0 1782 triangles, 1467 vertices. LOD1 178 triangles, 199 vertices. LOD0 1782 triangles, 1467 vertices. LOD1 178 triangles, 199 vertices. UNREAL FEST WEST 2018

Polygon Reduction 50%(Simplygon) 50％ LOD0 1782 triangles, 1467 vertices. 50％ LOD1 890 triangles, 780 vertices. LOD0 1782 triangles, 1467 vertices. LOD1 890 triangles, 780 vertices. UNREAL FEST WEST 2018

Polygon Reduction 10%(Simplygon) ※10を入れると9.99999となってしまう 9.99999％ LOD0 1782 triangles, 1467 vertices. 9.99999％ LOD1 178 triangles, 248 vertices. LOD0 1782 triangles, 1467 vertices. LOD1 178 triangles, 248 vertices. UNREAL FEST WEST 2018

Polygon Reduction 10%(Simplygon) ※10を入れると9.99999となってしまう 9.99999％ 9.99999％ LOD0 1782 triangles, 1467 vertices. LOD1 178 triangles, 248 vertices. LOD0 1782 triangles, 1467 vertices. LOD1 178 triangles, 248 vertices. UNREAL FEST WEST 2018

LOD比較まとめ

UE4内製 UE4内製 178 triangles, 199 vertices. 利点 • 大幅に削減してもシルエットが保ててる。 • ポリゴンの数は同じだが、 頂点数がUE4内製のほうが少ない • 比較的速い △ 注意点 • Skeletal Meshのリダクションはできない • 変更できる設定項目は少ない UNREAL FEST WEST 2018

Symplygon Simplygon 178 triangles, 248 vertices. 利点 • UE4のものよりも設定項目が多い • 細かい設定が可能 • 調整をすれば良くなる可能性 • Skeletal Meshもリダクション可能 △ 注意点 • ミドルウェアとしてSymplygonを 導入する事が必要 UNREAL FEST WEST 2018

LOD比較まとめ 比較した結果 • Static MeshのみであればUE4内製のツールで十分良さそう • サクッとLODモデルを作成する時に有用 元メッシュ 1782 triangles, 1467 vertices. UE4内製 178 triangles, 199 vertices. Simplygon 178 triangles, 248 vertices. UNREAL FEST WEST 2018

Hierarchical Level of Detail(HLOD)

Hierarchical Level of Detail(HLOD) • 複数の建物、木といった違うアセットのメッシュやマテリアルを マージし、LOD処理を行うことで、描画負荷を減らす方法 UNREAL FEST WEST 2018

HLODについて 利点 • ポリゴンが減ることでGPU負荷の削減 • Materialが減り、Draw Callを減らすことができる △ 注意点 • • MaterialをマージしないとDraw callは減らない 保持すれば保持するほどメモリ量は増える UNREAL FEST WEST 2018

HLODの使い方 • HLODの使い方に関しては、 ドキュメントをご参照ください • http://api.unrealengine.com/JPN/Engine/HLOD/ UNREAL FEST WEST 2018

HLOD + Inpostor

HLODでガッツリ削ると 遠景とはいえクオリティが下がってしまう

HLOD + Inpostor

Inposter • アセットを各方向からレンダリングしたテクスチャを用意し、 • ビルボードに貼り付けることで見せかける手法 UNREAL FEST WEST 2018

Inpostorについて 利点 • ポリゴン数の大幅削減 • 負荷が高いアセットも △ 一律コストで描画が可能 気をつけるべきこと • 影がでない。 • 解像度、方向数など、 調整できるが、近いと崩れやすい。 • あくまで遠景用として UNREAL FEST WEST 2018

HLODとInposter組合せ • どちらもHLODなのでDraw call数は同等 半分のポリゴンになっていながら、見た目が綺麗 UNREAL FEST WEST 2018

HLODとInposter組合せ • もとのオブジェクトと比較しても、見た目を保っている 1/2以下 UNREAL FEST WEST 2018

UNREAL FEST WEST 2018

ImpostorBaker • 以前からImpostorの機能はありましたが、 FortniteではPluginとして公開している、 ImpostorBakerを使用 • Impostorアセットの作成が容易になり、 半球分のみ生成するなどの工夫から、 テクスチャの使用効率があがっています • 詳しい使い方は付録で紹介 UNREAL FEST WEST 2018

アセットリダクション終わり

アニメーション

Battle Royaleの特徴③ 100人が同時に対戦 移動やアニメーションが同時に起こる

重要度に応じて、フレームをスキップするなどの最適化 Update Rate Optimization(URO)

Update Rate Optimization(URO) • 遠くにいるキャラクター等、重要度の低いものに対して アニメーションの更新頻度を抑えることで処理を軽くする。 No URO URO 5 URO 10 UNREAL FEST WEST 2018

UROの設定方法 Skeletal Mesh Compornentの Enable Update Rate Optimizationsを 有効にすることで動作可能 UNREAL FEST WEST 2018

UROのイメージ • キャラクターA、Bがいたとした場合 • それぞれにインデックスが割り振られる • すべてのキャラを2フレームごと更新と設定 • 交互にアップデートするように最適化される [0] [1] 2 1 0 Character A Update 4 3 Character A Update Character B Update 5 Character A Update Character B Update UNREAL FEST WEST 2018

5フレームスキップしたUROの例

URO 5 UNREAL FEST WEST 2018

ゆっくりみてみると...

URO 5 - Slow UNREAL FEST WEST 2018

UROのパラメーター設定 • 以下コマンドをOutputLogから入力することで検証可能 コマンド a.URO.Enable 効果 強制的にUROをON,OFF a.URO.ForceAnimRate 何フレーム毎にするか強制的に設定する • 現状UIから細かい設定ができず、C++からの設定が必要 UNREAL FEST WEST 2018

アニメーション終わり

LOD、HLOD、URO、、、 紹介してきた機能のパラメーターを どうやって切り替えているのか？

Significance Manager

Significance Manager 4.15からプラグインとして 追加された機能(クラス) UNREAL FEST WEST 2018

Significance Manager ビューの表示状態をもとに、優先度(状態)を管理 • LOD • HLOD • アニメーションのURO rate 等々 View Player UNREAL FEST WEST 2018

Significance Manager UI等はないので、C++からのみアクセス可能 ドキュメントは現状ないので、 コードから理解することが必要... UNREAL FEST WEST 2018

Significance Manager • • 基本的な使い方としては、 WorldでSignificance Managerを持つように実装し、 Actor生成時等に、対象のActorを登録するような実装を行う ビューポートのTick(ViewportClient::Tick)で、 ビューのトランスフォーム情報を元にアップデートを行う CustomPawn BeginPlay USignificanceManager::Get(World)-> RegisterObject(this, SignificanceType); SignificanceTypeどんなタイプのアセットなのか渡す Game LOD Level SignificanceUpdate Viewport::Tick SIGNIFICANCE MANAGER URO Rate ViewportのTickからSignificanceManagerを 通じて呼び出されパラメーターを更新する。 SignificanceManager>Update(Viewpoints); SignificanceTypeによって優先度の格納情報や条件が変わる AnimationならURO、LODだったらLODのレベルなど Tick ViewportのTickを通じてパラメーターが更新されているので、自分自 身のパラメーターを参照すれば最適なものになっている。 UNREAL FEST WEST 2018

Significance Manager 現状 • Significance Managerを継承して実装が必要 • ビューポートからの距離などの判断基準を自前で実装する必要がある 利点 • 一括して変更が可能なため検証がしやすい △ 気をつけるべきこと • グローバルだからと、なんでも実装してしまうと肥大化する可能性 UNREAL FEST WEST 2018

Significance Manager終わり

まとめ 今回はFortniteに関連して4.19で公開されている機能で、 実際に使えそうな機能を紹介しました お役に立てる情報があれば幸いです UNREAL FEST WEST 2018

付録

ImpostorBakerの使い方

ImpostorBaker • 準備 • • • • https://github.com/ictusbrucks/ImpostorBaker からプラグインをダウンロード。 Project以下のPluginsフォルダにダウンロードしたプラグインを追加。 コンテンツブラウザーからPluginコンテンツを表示する。 Generate_Impostor_Mapを開く UNREAL FEST WEST 2018

ImpostorBaker • はじめに Generate_Impostor_Mapを開いた後に、 Levelに配置されているBP_Generate_ImposterSpritesを選択する。 Render Framesボタンをクリックすると、 初期配置されているアセットのImpostorのプレビューができる。 UNREAL FEST WEST 2018

ImpostorBaker • マテリアルの出力 • BP_Generate_ImposterSpritesのDetailsから出力先情報を入力し3)Create Static Assetsをクリック UNREAL FEST WEST 2018

ImpostorBaker • メッシュの出力 • BP_Generate_ImposterSpritesのコンポーネントからProceduralMeshを選択する。 一覧からProceduralMeshのCreate StaticMeshをクリックすると出力先を聞かれるので選択する。 UNREAL FEST WEST 2018

ImpostorBaker Inpostorのスポーン • ProceduralMeshから生成したStatic Mesh Actorを Levelにスポーンさせれば、生成したInpostorを確認できる。 UNREAL FEST WEST 2018

ImpostorBaker 初期アセット以外のセットアップ

ImpostorBaker • Materialのセットアップ • 使用しているMaterialの最後にImpostorCaptureSwitchを追加する。 1. 2. 3. 通常のMaterial Nodeの接続をMakeMaterialAttributesに置き換る この時出力ノードをDetailsからUse Material AttributesをEnableにする ImpostorCaptureSwitchを挟み出力させる。 UNREAL FEST WEST 2018

ImpostorBaker • Static Mesh Actorの置き換え Materialを設定したStaticMeshをデフォルトのCube-Scaledと 置き換えるような形で配置し、RenderFramesで確認する。 UNREAL FEST WEST 2018

GDC講演Youtubeリンク Fortnite最適化セッション • Optimizing UE4 for Fortnite: Battle Royale - Part 1 https://www.youtube.com/watch?v=KHWquMYtji0&index=16&list=PLZlv_N0_O1gYcueZmOraUuH0WufCLuto&t=0s • Optimizing UE4 for Fortnite: Battle Royale - Part 2 https://www.youtube.com/watch?v=1xiwJukvb60&index=15&list=PLZlv_N0_O1gYcueZmOraUuH0WufCLuto&t=0s その他講演プレイリスト • GDC 2018 | Unreal Engine https://www.youtube.com/playlist?list=PLZlv_N0_O1gYcueZ-mOraUuH0WufCLuto UNREAL FEST WEST 2018