UE4×Switchで60FPSの(ネットワーク)対戦アクションをなんとかして作る！【UNREAL FEST EXTREME 2020 WINTER】

自己紹介角田高宏 • • • チーフプログラマー • グラフィックプログラムと最適化を担当することが多い • 『ニンジャラ』ではパフォーマンス最適化を担当 2013年入社アーケード、コンシューマ、モバイルと幅広くタイトルを経験江原崇将 • • • チーフデザイナー • 『ニンジャラ』ではテクニカルアーティストとしての役割を担う 2016年入社デザイナサポート、マテリアル検証アセット管理、機材調整、PV撮影など幅は広いが底は浅い。 #ue4fest

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ニンジャラとは対応ハード : Nintendo Switch ジャンル : 対戦ニンジャガムアクション最大8人のオンライン対戦に対応基本プレイ無料対応言語 : 日,英,仏,伊,独,西,中(簡体/繁体),韓 2020年6月25日からサービス開始 UE4 Version : 4.24.2 @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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発表内容について • クライアント側の最適化全般について紹介します • 個々の内容を深く掘り下げることはやりません • ネットワークに関する話はしません • 当日担当者には同席してもらえるようにするので、質疑に関しては、答えられる範囲で対応します • プロファイラーやデバッグツールの詳細や、使い方についても、本発表内では触れません @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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UE4×Switchのパフォーマンスについて • ポストプロセスをもう少し細かく調査 • SSR，SSAO，TemporalAA，MotionBlur は単体でもかなり高負荷 • • 720pだとそれぞれ 2ms 超解像度やクオリティを落として、単体での使用ならあるいは… • アーティストにこれらを使わない方向で打診 → 結果、これらをバトル中は使わない方針に決定 @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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UE4×Switchのパフォーマンスについて • DefaultLitマテリアルと UnLitマテリアル • UE4のマテリアル・ライティングするもの ( DefaultLit ）・ライティングしないもの ( UnLit ) 乱暴に分けると、この2種類に分けられる • Switch上でのパフォーマンスを比べてみた @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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UE4×Switchのパフォーマンスについて • DefaultLit と UnLit の比較 (720p) • カメラとPlane，Directional Light を１つずつ配置 DefaultLit GPU 4.36 ms UnLit GPU 0.82 ms @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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UE4×Switchのパフォーマンスについて • DefaultLit と UnLit の比較 (720p) • ノーマルマップ有 / UnLitにシェーディングを追加 DefaultLit GPU 4.65 ms UnLit + Fake Shading GPU 1.15 ms @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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描画の基本設定 • 解像度 • コンソールモード 1080p～810p • ハンドヘルドモード 720p～540p の可変解像度（100%～75%） UE4.19 から入っている DynamicResolution を使用 UIの解像度は100%固定 E3 2018、TGS 2018 版は、720p (コンソールモード)、480p (ハンドヘルドモード) @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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描画の基本設定 • Light • Movable Light • バトル中は未使用 • Stationary Light • Directional Light 1本に限る • ダイナミックシャドウを落とすのはこれ１本 • Static Light • • 上記以外のLight全て Static な Lightは「Actor Hidden In Game」を有効にしておく • ランタイムで影響チェックが行われ、CPU負荷の原因になる為 @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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描画の基本設定 • テクスチャフィルタ • 拡縮、ミップマップ共にバイリニア • 異方性フィルタは未使用 • 使用の有無で1ms ほど負荷に差 • Mask Material only in Early Z-pass を有効に • Maskedマテリアルを多用している為 • Epicの篠山さんによる「Mask Material only in Early Z-pass」の解説 https://www.slideshare.net/EpicGamesJapan/mask-material-only-in-early-zpass @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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アセットの最適化キャラクター • スペック • • • • • • 約11000ポリゴン平均的な物で26ボーンパーツ数（10個くらい） LOD • 3段階リムライト、レフライト、目専用、色変え等マテリアルは平均的な物で10個使用 • パフォーマンスの目安 • 1.0 ms / キャラ @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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アセットの最適化背景 • 背景用のマテリアル • DiffuseColor，MRE(Metaric，Roughness，Emissive を1テクスチャに格納)，NormalMap のテクスチャ3枚を使った DefaultLit が基本 • 最適化の方針 • テクスチャアクセスを減らす • • • MRE の変化量が小さすぎるものはパラメータへ置き換え効果が小さいノーマルマップを削除部分的にUnLitも併用 • 遠景や水表現など @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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アセットの最適化背景 • LOD • 近景は最大4段階(基本は3段階) • UE4標準のリダクション機能を使用 • 単にポリゴン数、頂点数の問題だけで無く、表示距離 / 面積に応じた適切な頂点密度にすることが重要頂点が密集しすぎると、マイクロポリゴンや OverDraw の原因になり、負荷が上がるため、頂点数が少ないメッシュでもLODを作る意味はある @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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アセットの最適化疑似透過表現 • カメラ接近時のディザーによる疑似透過表現 • キャラクターがカメラに接近した時に使用 • UnLit のディザー専用マテリアルに差し替え • DefaultLit + ディザーは高負荷なため UnLit なディザー専用のマテリアルに差し替えている @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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アセットの最適化 UMG • 更新頻度の低いものは Invalidiation Box を使用 • ニンジャラのバトル中のUIの例 • Invalidation Box なし CPU 3~4 ms • Invalidation Box あり CPU 1~1.5 ms これくらい差が出る @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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アセットの最適化 UMG • アニメーションは可能ならマテリアルによる表現に変更 • パーツの Transform を変更するアニメーションは最小限に • 階層を深くしない • 階層が浅くても重ねると負荷が高いパーツもある • 例) ScaleBox • 汎用的なWidget BluePrint( WBP ) にして、その組み合わせで作りすぎると、想像以上に階層が深くなることがあるので注意 • • 使い易さとパフォーマンスのトレードオフ Widget Reflector で状態を確認 @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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最適化実装実装ルール • バトルで使用するBPは、Tickの使用を禁止 • E3 2018, TGS 2018版のTickは全てC++のスクラッチ実装 • • 当時は完全同期型の通信システムを採用しており、標準のUE4には完全同期の通信システムがなかった 60fpsに近いパフォーマンスで動作していたそこから、非同期型のシステムへ移行することになった為、 UE4の非同期通信の仕組みを取り入れる際、パフォーマンスを担保するためにこのルールを適用 @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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最適化実装キャラクター • カメラから遠いキャラの移動処理の頻度を下げる • 35m 以上離れているキャラは 3フレームに1回 • SetRotation の呼び出し抑制 • 回転量の変化が一定閾値を超えない限り呼ばない • SetActorLocation，SetActorRotation，SetActorTransform の呼び出しは Overlap や ChildComponentTransform の更新処理が走り高負荷 @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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最適化実装その他 • Spawnのタイミングをフレーム分散 • ヒッチ対策 • Tickでの検索処理( FindFunction や Actorの検索等 )の排除 • 気づかずに使われているケースが割とある • プロファイルをかけると負荷上位に来るので比較的見つけやすい • オブジェクトをプールしておいて使い回す • 配置物やアイテムの動的生成を抑制 • 使っていないUMGは徹底的に Collapsed に設定 • Hidden だと裏で処理は回るので Collapsed @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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最適化ビルド設定 • メモリアロケーターに Binned2 を使用 • UE4.22から標準は Binned3 だが、Binned2 に比べCPU負荷が高い • • UE4.22へ上げた直後は 2~3ms CPU負荷が増加 UE4.24.2時点でも、1ms ほど負荷が高い ※ニンジャラのバトルシーンでの負荷 • メモリ使用量は Binned3 の方が少ない • こちらで計測した結果だと、Binned3 の方が多いケースもあり @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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最適化ビルド設定 • Binned3 → Binned2 にする方法 • ニンジャラではTarget.cs に以下のコードを記述 if (Target.Platform == UnrealTargetPlatform.Switch) { GlobalDefinitions.Add("USE_MALLOC_BINNED3 = 0"); } @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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最適化ビルド設定 • PGO (Profile-guided optimization) の使用 • 実際のコードの実行のされ方によって最適化を行ってくれる仕組み • UE4のSwitchビルドも対応している • ニンジャラのバトルシーンでは 1~3ms CPUが高速化非常に強力！ @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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最適化ビルド設定 • PGOの注意点 • どれだけ最適化が出来るのか予測が難しい • • • トレーニングラン時のプレイの仕方や、その時点でのコードに左右される PGOをあてにしたパフォーマンス設計は危険ニンジャラでは、PGO無しでも 16.666ms に収まる状態まで CPUを最適化し、少し余裕を持たせるくらいの感覚で使用 • ビルド(リンク)時間が長い • • • プロファイルデータ収集用に専用のビルドを行う必要がある UE4.23 だと＋1時間 UE4.24 だと＋15分 ※ CPUがCore i7-8700kのマシンでの時間 @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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最適化ビルド設定 • ニンジャラでのPGOの運用 • TestBuild でトレーニングラン(プロファイルの収集) • プロファイルの書き出しにデバッグ用の機能を使ったため • 本来は ShippingBuild でやるべき • トレーニングランは人力 • • 自動テストに組み込むのが理想重点的に最適化したい箇所が明確な場合は、人力が有利かも @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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最適化エンジン改造 • カメラ位置と回転の取得の最適化 • APlayerCameraManager::GetCameraViewPoint の修正 const FMinimalViewInfo CurrentPOV = GetCameraCachePOV(); • 上記の FMinimalViewInfo のメンバ FPostProcessSettings のコピーが高負荷 → カメラ位置と回転を FMinimalViewInfo と分けてキャッシュ • パーティクルシステムからの呼び出しが多数 • 全体の約50% この修正で、1~2ms 高速化 @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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最適化エンジン改造 • TArrayをReserveするように対応 • ColorGrading の毎フレーム更新のスキップ • VertexFog 時に VolumetricFog を参照しないように修正 • シェーダーに少し手を加えた • AABB計算の最適化 • FKSphylElem，FKBoxElem の GetTransform() を使わずに、キャッシュした Transform を使うように修正 @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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対応しなかったもの • Precomputed Visibility Volume • 空中戦、空中移動が多く、壁側面も歩けるので、不向き • 仕様上、カメラがオブジェクトの中にめり込む可能性があるため、その場合 Visibility がおかしくなる • UMG の RetainerBox • UE4.24で Transform の補正処理にバグがあり使用を断念 • issue番号:UE-88093 @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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対応しなかったもの • Instanced Static Mesh • テストしてみたが、Switchでは１つ１つ描画する方がパフォーマンスが良かった • BPのネイティブ化 • 有効にすることで若干高速化することは検証済み • ネイティブ化が原因のパッケージングエラーが出ることがあり、安全を優先し無効化 • 既にパフォーマンス要件を満たせていたのも理由 @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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まとめ Switch×UE4 で 60fpsの対戦アクション実現のために • UE4×Switch のパフォーマンス • 描画の基本設定 • 各種最適化 • アセット、実装、ビルド設定、エンジン改造以上についてご紹介しました一見広範囲に見えますが、作業自体はシンプルです @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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まとめ Switch×UE4 で 60fpsの対戦アクション実現のために • 最適化作業のサイクル１．負荷の調査２．高負荷部分の原因を調べる • • 不要な処理、または軽量化の余地がありそう →３へ端折れない必要な処理だった →１へ３．負荷対策 • • 不要なものならカット最適化の検証 / 実行これをひたすら繰り返す @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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まとめ Switch×UE4 で 60fpsの対戦アクション実現のために • 所感 • 実機での負荷確認は非常に重要 • • 負荷調査のサイクルをどれだけ回せるかが最適化のキモ継続して計測し続けることが大事 • 必要機能をきちんと取捨選択すれば Switch で十分高速に動作する • • デフォルト設定のまま使わない最初に必要な機能や設定と不要なものとを切り分ける事が重要 • 一般的にパフォーマンスで気を付けるべき点は、UE4でも同じ • • エンジンが「いい感じ」にしてくれることは無い機能として用意はされているが、「意識して」使う必要がある #ue4fest

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付録 • UE4×Wwise×Nintendo Switch――『ニンジャラ』サウンド制作事例 https://www.gamebusiness.jp/article/2020/08/21/17500.html • 質問等 • [email protected] 角田高宏(プログラマー) • [email protected] 江原崇将(デザイナー) まで @2020 GungHo Online Entertainment, Inc. All Rights Reserved. #ue4fest

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