Unityによる最適化計画

Unityには、ゲームでスムーズなグラフィックスを実現するための多くの設定とツールが含まれています。 このプロジェクトでは、困難が生じる可能性のあるものを選択し、Intel GPUでのゲームのパフォーマンスへの影響を分析しました。



ゲーム開発者の観点からUnityの使用を検討します。 パフォーマンスが低下している領域を見つけ、次にUnityの組み込みツールを使用してアプリケーションのパフォーマンスを改善する方法を決定しようとしました。 Unityの利点の1つは、コンテンツをすばやく作成できることですが、特にモバイルデバイスやタブレットでパフォーマンスを実現するには、開発者は組み込みのパフォーマンス最適化メカニズムの使用を慎重に計画する必要があります。 この記事では、新規および既存のUnityユーザーに、レベルとゲームを作成する際のパフォーマンスを改善するためのヒントを提供し、コンテンツを作成する新しい方法について説明します。

はじめに

Unityを使用したゲームの作成は比較的簡単です。 Unityには、モデル、既製のスクリプト、デモ、完全なゲームなど、さまざまなアイテムを購入できるストアがあります。 テストのために、既存のゲームと協力して、パフォーマンスを改善できる領域とそうでない領域を特定しました。 Boot Camp（リソースストアから無料でダウンロード可能）と呼ばれるUnity技術デモを使用して、問題の複雑さを評価しました。



ゲームパラメータを作成し、すべてのシーンを実行するために、Unity 3.0を使用しました。 テストは、Intel HD Graphics 4000 GPUを搭載した第3世代Intel Coreプロセッサを搭載したコンピューターで実施されましたが、テスト結果はモバイルデバイスには適用されません。

品質管理者

Unityでは、ゲームの追加のレンダリングオプションを利用できます：メニューの[編集]-> [プロジェクト設定]-> [品質]（図1）。 これらは、個別にカスタマイズできるカスタムレンダリングオプションです。 Unityには、品質設定と、UnityスクリプトAPIを使用して設定する方法を説明する組み込みのドキュメントが含まれています。





図1.タグとレイヤーへのアクセスは、[編集]-> [プロジェクト設定]-> [タグインスペクター]メニューから行います。



Unityで最適化の機会を見つけるために、利用可能なすべてのパラメーターをテストしませんでしたが、勝ち負けを理解するために品質設定を変更してみることにしました。

テクスチャ品質

品質設定インスペクターには、テクスチャのレンダリング解像度を選択できるドロップダウンメニューがあります。 1 / 8、1 / 4、1 / 2、またはフル解像度の解像度を選択できます。 さまざまなテクスチャ解像度でパフォーマンスの増減を評価するために、Unityで利用可能なすべてのデフォルト品質設定（Fastest、Fast、Goodなど）でテストシーンのフレームレートを測定し、各測定の前にテクスチャ品質のみを変更しました。

図 図2と3は、1/8テクスチャ解像度とフルテクスチャ解像度のシーンの比較を示しています。





図2. Unity *解像度が1/8のBoot Campシーン





図3. Unity * Boot Campのフル解像度のシーン



テクスチャ解像度を変更した後、Intel Graphics Performance Analyzer（Intel GPA）を使用してフレームレート（フレーム/秒）を測定しました。 Fantastic品質レベル（表1）では、テクスチャサイズを変更してもパフォーマンスはあまり変化しなかったことがわかります。





表1. Unityで異なるテクスチャ品質を切り替える際のフレームレートの変化



Intel GPUを搭載したコンピューターでは、理論上、テクスチャのサイズに応じてパフォーマンスは変化しませんが、デバイスメモリやアプリケーションメモリの総使用量など、他の要因を考慮する必要があります。

影の距離

影の距離は、ゲームオブジェクトの影に使用されるカリングの深さを決定するパラメーターです。 ゲームオブジェクトがカメラから指定された距離内にある場合、このオブジェクトの影が描画されますが、オブジェクトがこの距離より遠い場合、そのようなオブジェクトの影は表示されません（レンダリングから除外されます）。

使用されるパラメータによっては、シャドウの計算とレンダリングはリソースを大量に消費する操作であるため、パフォーマンスに悪影響を与える可能性があります。 影の距離パラメーターの効果のテスト

• テストシーンを作成します。
• このシーンのデフォルトのUnity品質設定を設定します。
• シャドウ距離パラメーターの値を徐々に増やし、Intel GPAを使用してフレームレートを測定します。
• Unityで別のデフォルトの品質値を選択し、フレームレートの測定を繰り返します。

このテストでは、これらのモードではシャドウが無効になっているため、FastestおよびFastの品質レベルは使用されませんでした。





図4.このパラメーターは、インスペクターメニューで使用できます：編集->プロジェクト設定->品質





図5. Unity * Boot Campテクニカルデモ





表2. Unity * Boot CampテクニカルデモでShadow Distanceパラメーター値を変更した場合のフレームレートの変更



影はパフォーマンスに大きく影響します。 テストでは、シンプルモードで距離を0から50に切り替えると、フレームレートがほぼ2倍低下することが示されました。 ゲームオブジェクトが実際に表示されるかどうかを検討し、不要な影が描画されないようにすることが重要です。 さまざまな状況でUnityスクリプトを使用して、シャドウキャストの深さを調整できます。 シャドウ除去の深さの効果のみを確認しましたが、他のシャドウ品質パラメーターを構成すると、同様のパフォーマンスの変更が発生する可能性があります。

レイヤー

Unityのすべてのゲームオブジェクトには、作成時にレイヤーが割り当てられます。 図に示すように、最初はすべてのオブジェクトにデフォルトのレイヤーが割り当てられます。 6、ただし、独自のレイヤーを作成できます。 これを行うには2つの方法があります。 [レイヤー]フィールドをクリックして、[新しいレイヤーを追加]を選択するだけです。 メニューの[編集]-> [プロジェクト設定]-> [タグ]を使用することもできます。





図6.ゲームオブジェクトのインスペクターウィンドウのレイヤーメニュー





図7.インスペクターウィンドウのタグマネージャー



[インスペクター]ウィンドウ（図7）で、新しいレイヤーを作成し、どのレイヤー番号に属するかを指定できます。 両方の方法を使用すると、同じタグマネージャーウィンドウが開きます。 レイヤーを作成した後、[レイヤー]フィールドのゲームオブジェクトの[インスペクター]ウィンドウのパラメーターウィンドウで目的のレイヤーを選択することにより、このレイヤーにゲームオブジェクトを割り当てることができます。 このようにして、同じレイヤー上のオブジェクトをグループ化し、それらを一緒に処理できます。 この記事で他のレイヤー機能について説明するときは、レイヤーとは何か、それらを作成およびカスタマイズする方法を覚えておいてください。

層除去距離

カメラはUnityのクリッピングプレーンの外側にあるゲームオブジェクトを描画しません。 Unityスクリプトを使用すると、特定のレイヤーのクリッピングプレーンに短い距離を指定できます。





図8.レイヤー除去距離を変更するUnityドキュメントのサンプルスクリプト



ゲームオブジェクトの拒否距離を短く設定するには、いくつかの作業が必要です。 まず、オブジェクトをレイヤーに配置する必要があります。 次に、この特定のレイヤーのカリング距離を変更するスクリプトを作成し、カメラにスクリプトを割り当てる必要があります。 図のサンプルスクリプト 図8は、使用可能な32のレイヤーに対応する32の浮動小数点値の配列を作成する方法を示しています。これは、[編集]-> [プロジェクト設定]-> [タグ]を使用して作成できます。 この配列のインデックス値を変更してcamera.layerCullDistancesに割り当てると、対応するレイヤーの拒否距離が変更されます。 インデックスに番号を割り当てない場合、対応するレイヤーはカメラのファークリッピングプレーンを使用します。



layerCullDistancesのパフォーマンスをテストするために、低、中、高の複雑さのオブジェクトで満たされた3つのシーンを作成しました。 これらのシーンでは、同一のゲームオブジェクトが集められ、カメラから徐々に離れた行に配置されます。 Intel GPAを使用してフレームレートを測定し、レイヤー除去距離を徐々に増やして、各測定にオブジェクトのグループを追加しました（つまり、最初の測定でオブジェクトの1つのグループ、6番目の測定でオブジェクトの6つのグループ）。



図9、10、および11は、さまざまなタイプのオブジェクトでテストするために使用したシーンを示しています。



ブーツ：ポリゴン-278、ピーク-218



図9.ブーツを使用したテストシーン-ポリゴンと頂点の数が少ないオブジェクト



恐竜：ポリゴン-4398、ピーク-4400



図10.恐竜を含むシーンのテスト-平均数のポリゴンと頂点を持つオブジェクト



航空機：ポリゴン-112 074、ピーク-65 946



図11.飛行機でのテストシーン-多数のポリゴンと頂点を持つオブジェクト



表3、4、および5は、すべてのテストシーンでのフレームレートの変化を示しています。





表3.ブーツのあるシーンで取得したデータ（図9）





表4.恐竜のいるシーンで得られたデータ（図10）





表5.航空機のあるシーンで得られたデータ（図11）





表6.ファンタスティックモードでのすべてのテストシーンのデータ



このデータは、UnityのlayerCullDistances関数を使用して達成できるパフォーマンスの改善を示しています。



表6は、特に複雑なオブジェクトの場合、画面上のオブジェクトの数が増えるとパフォーマンスがどのように変化するかを示しています。 ゲーム開発者の観点から、 layerCullDistancesを正しく使用すると、パフォーマンスが大幅に向上します。 たとえば、カメラから離れた場所にある複雑なモデルを持つ小さなオブジェクトの場合、これらのオブジェクトがすでに区別できる場合にのみ、十分な近似値でレンダリングを調整できます。 レベルを計画および作成するとき、開発者はモデルの複雑さとカメラから遠く離れた場所にあるオブジェクトの可視性を考慮する必要があります。 初期計画では、 layerCullDistancesを使用してより良い結果を達成できます。

カメラ

Unityとその設定でカメラを操作する可能性を研究しました。 さまざまなパラメーターを選択して、他のコンポーネントやアドオンを使用してみました。





図12.カメラを選択した後に開くインスペクターメニュー



新しいシーンを作成するとき、デフォルトでは、メインカメラと呼ばれるカメラのゲームオブジェクトが1つだけ表示されます。 別のカメラを追加するには、まず空のゲームオブジェクトを作成します：ゲームオブジェクト->空を作成します。 次に、この空のオブジェクトを選択し、カメラコンポーネントを追加します：コンポーネント->レンダリング->カメラ。

Unityのカメラは、図に示すように、広範なカスタマイズオプションをサポートしています。 12.私が見た設定は次のとおりです。レンダリングパスとHDR。

レンダリングパス

Render Pathパラメーターを使用すると、ゲーム内でライトとシャドウのレンダリングを処理する方法をUnityで指定できます。 Unityは3種類のレンダリングをサポートします。ここでは、最もリソースを消費するものから最もリソースを消費しないものへと順番に並んでいます。 いずれの場合も、シャドウとライトの処理方法は少し異なり、それらを処理するには、異なる量のCPUおよびGPリソースが必要です。 適切なレンダラーを選択するには、どのプラットフォームおよびどの機器開発が進行中であるかを理解することが重要です。 グラフィックアダプターでサポートされていないレンダラーを選択すると、Unityは自動的にリソースをあまり使用しないレンダリング方法に切り替わります。





図13. Player Settings Inspectorウィンドウ



レンダリングパスの値を設定するには、2つの方法があります。 最初の方法：

編集->プロジェクト設定->プレーヤー（図13）。 [レンダリングパス]ドロップダウンリストは、[その他の設定]タブにあります。 2番目の方法：Camera Inspectorユーザーインターフェイスウィンドウを使用する（図14）。 [プレーヤーの設定を使用]以外のオプションを選択すると、デフォルトの設定が置き換えられますが、このカメラの場合のみです。 したがって、光と影のレンダーバッファ設定が異なるカメラを使用できます。





図14. [カメラ]ウィンドウで[レンダリングパス]オプションを選択したときのドロップダウンリスト



開発者は、Unityを構成するさまざまな照明レンダリングモードがどのように機能するかを知る必要があります。 このドキュメントの最後にある参照セクションには、Unityドキュメントへのリンクが記載されています。 ゲームの対象ユーザーと、潜在的なユーザーがこのゲームをプレイするプラットフォームを正確に把握してください。 これは、このプラットフォームに適したレンダリング方法を選択するのに役立ちます。 たとえば、ゲームに遅延レンダリングを使用する複数の光源とグラフィックエフェクトが含まれている場合、低電力グラフィックアダプターを搭載したコンピューターでは、そのようなゲームをプレイすることは不可能になります。 ターゲットオーディエンスに、高い計算能力を持たないデバイスを持つカジュアルなゲーマーが含まれている場合、問題も発生する可能性があります。 開発者は、ゲームの対象となるターゲットプラットフォームを把握し、ゲームで照明をレンダリングおよび処理する適切な方法を選択する必要があります。

HDR（ハイダイナミックレンジ）

通常のレンダリングでは、各ピクセルの赤、緑（G）および青（B）の色の値は10進数で表され、その値は0〜1です。これらの色の値の範囲を制限すると、照明は非現実的に見えます。 より自然な光を実現するには、Unityで拡張ダイナミックレンジ（HDR）を有効にします。 この場合、各ピクセルのR、G、Bの値が正常範囲外になる可能性があります。 HDRは、0〜1の範囲外の値をサポートするイメージバッファーを作成し、ぼかしやグレアなどのグラフィック効果の後処理を実行します。 後処理の効果を計算した後、画像バッファー内のR、G、Bの値は、Unity色相マッピングテクノロジーによって0〜1の範囲内の値にリセットされます。 色相マップの構築がHDRを使用して実行されない場合、ピクセルは許容範囲外になる可能性があります。これが、シーンの一部の色が他の色と比べて正しく見えない理由です。



HDRを使用する場合、パフォーマンスに影響するパラメーターに注意してください。 高度なシーンレンダリングを使用する場合、HDRはグラフィック効果がある場合にのみ機能します。 それ以外の場合、HDRを有効にしても何にも影響しません。 遅延レンダリングでは、HDRが常に使用されます。

シーンが遅延レンダリングを使用して処理され、カメラにグラフィック効果が割り当てられている場合、HDRを有効にする必要があります。 図 15は、シーンのレンダリング呼び出しの数と、HDRがオンおよびオフの場合のエフェクトおよび遅延レンダリングを比較しています。 HDRを使用しない場合、シーンにエフェクトが含まれている場合、HDRを使用する場合よりもレンダリング呼び出しの数が大幅に多くなります。 図 図15では、レンダリング呼び出しの数は別々の青いバーで表され、各バーの高さはGPの各呼び出しの負荷に対応します。





図15. Intel Graphics Performance Analyzerを使用した測定では、HDRをオフにすると2000回を超えるレンダリング呼び出しが行われ、HDRをオンにすると900回を超えるレンダリング呼び出しが行われることが示されています。



UnityのHDRドキュメントをチェックして、この機能がどのように機能するかを確認してください。 また、これによるパフォーマンスの向上を得るために、どの場合に拡張ダイナミックレンジを使用する必要があり、どの場合にそれが意味をなさないかを知る必要があります。

グラフィック効果

Unity Proには、シーンの外観を向上させる多くのグラフィック効果が含まれています。 プロジェクトの作成後に画像効果コンポーネントを追加するには、アセット->パッケージのインポート->画像効果メニューを使用します。 インポート後、2つの方法でカメラにエフェクトを追加できます。 カメラゲームオブジェクトをクリックし、カメラウィンドウで[コンポーネントの追加]、[画像効果]の順に選択します。 [コンポーネント]-> [画像効果]を選択して、メニューのカメラオブジェクトをクリックすることもできます。

スクリーン空間の散乱シェーディング-SSAO

Screen Space（SSAO）の散布シェーディングは、Unity ProのImage Effectパッケージに含まれるグラフィック効果です。 図 図16は、SSAOの有効化と無効化の違いを示しています。 画像は似ていますが、パフォーマンスは大きく異なります。 SSAOを使用しないシーンでは、フレームレートは32フレーム/秒で、SSAOを使用すると、24フレーム/秒、つまり25％低下しました。





図16. SSAOが無効（上）とSSAOが有効（下）の同じレベルの比較



グラフィック効果を追加するときは、パフォーマンスに悪影響を与える可能性があるため注意してください。 このドキュメントの準備では、SSAOのみをテストしましたが、他の効果を使用する場合も同様の結果が期待できます。

妨害されたオブジェクトの除外

隠されたオブジェクトの除外は、カメラのクリッピングプレーンを超えたオブジェクトだけでなく、他のオブジェクトの後ろに隠れているオブジェクトのレンダリングも無効にすることです。 これは、処理する必要がある情報の量が大幅に削減されるため、パフォーマンスの点で非常に有益です。 ただし、不明瞭なオブジェクトの除外を設定するのは簡単ではありません。 遮られたオブジェクトを除外するようにシーンを設定する前に、使用される用語を理解する必要があります。

妨害オブジェクト-妨害としてマークされたオブジェクトは障害物として機能します：妨害としてマークされたオブジェクトに囲まれたすべてのオブジェクトは描画されません。

キャストするオブジェクト-この方法でオブジェクトにマークを付けた場合、ブロッキングオブジェクトによって隠されている場合、Unityでは描画されません。

たとえば、家の中にあるすべてのオブジェクトを覆い隠すようにマークすると、家自体が邪魔になるようにマークできます。 ゲームキャラクターがこの家の外にいる場合、家の中で不明瞭とマークされているすべてのオブジェクトは描画されません。 同時に、CPUおよびGPUでの処理が高速化されます。

隠されたオブジェクトの除外の使用と設定はUnityに文書化されています。 構成情報へのリンクについては、参照セクションを参照してください。

パフォーマンスの変化（妨害されたオブジェクトの除外に依存）を示すために、前景に壁があり、背後に複雑なモデルを持つオブジェクトがあるシーンを作成しました。 シーンのフレームレートを、不明瞭なオブジェクトを除き、測定してから測定しました。 図 図17は、異なるフレームレートのシーンを示しています。





図17.左側の画像では、遮られたオブジェクトの除外が無効になっており、壁の後ろにあるすべてのオブジェクトが描画されているため、フレームレートは毎秒31フレームです。 右側の画像では、妨害されたオブジェクトの除外がオンになり、壁に妨害されたオブジェクトは描画されないため、速度は毎秒126フレームに増加しました。



妨害されたオブジェクトの除外は、開発者が手動で構成する必要があります。 ゲームの設計時に障害物を除外することを忘れないでください。これにより、機器の要件が減り、生産性が向上します。

詳細レベル（LOD）

詳細レベル（LOD）を使用して、1つのゲームオブジェクトにさまざまな複雑さの複数のモデルを割り当て、オブジェクトとカメラ間の距離に応じてそれらを切り替えることができます。 これは、カメラから遠く離れた複雑なゲームオブジェクトのパフォーマンスの点で有益です。 詳細レベルを使用すると、モデルを自動的に簡素化できます。 詳細レベルの使用と設定の詳細については、Unityのドキュメントを参照してください。 リンクは参照セクションにあります。

詳細レベルを変更するときにパフォーマンスの向上をテストするために、3つの異なるモデルが割り当てられた家のグループでシーンを作成しました。 カメラを同じ場所に配置した後、最も複雑なモデルを使用して家でシーンのフレームレートを測定しました。 次に、詳細距離を変更して詳細度の低いモデルを使用し、再度測定を行いました。 3つのレベルのモデルに対してこの手順を実行し、得られたデータを表5に記録しました。

図 図18、19、20では、モデルの複雑さの3つの異なるレベルが、各モデルのポリゴンと頂点の数とともに示されています。

最高品質-詳細レベル0
構築 •ピーク-7065 •ポリゴン-4999 B棟 •ピーク-5530 •ポリゴン-3694	図18.詳細レベル0。これは最高です。 使用される詳細レベル 最も複雑なモデル（クリックして拡大）
中品質-詳細レベル1
構築 •ピーク-6797 •埋め立て地-4503 B棟 •ポリゴン-5476 •ピーク-3690	図19.詳細レベル1.このレベルは 詳細のスケールで1つ下のレベル 中程度の複雑さのモデルを使用（クリックして拡大）
低品質-詳細レベル2
構築 •ピーク-474 •ポリゴン-308 B棟 •埋め立て地-450 •ピーク-320	図20.詳細レベル2.これは最後のレベルです 詳細、最も複雑でないモデルはここで使用されます （クリックして拡大）

さまざまな詳細レベルを切り替えて、比較のためにフレームレートを測定しました（表7）。





表7.さまざまな詳細レベルでのフレームレートの比較



表7は、さまざまな詳細レベルを設定して使用した場合のパフォーマンスの向上を示しています。 複雑度の低いモデルに切り替えると、フレームレートが大幅に増加します。 ただし、これにより、各オブジェクトの複数のモデルを作成する必要があるアーティストの作業量が増加します。 ゲームの設計者は、パフォーマンスを向上させるために、追加のモデルの描画に追加の時間を費やす必要があるかどうかを自分で決定する必要があります。

バッチ処理

過度のレンダリング呼び出しは、過剰なCPU使用率とパフォーマンス低下につながる可能性があります。 画面上のオブジェクトが多いほど、より多くのレンダリング呼び出しが必要になります。 Unityは、いわゆるバッチ処理をサポートしています。これにより、1回のレンダリング呼び出しで複数のゲームオブジェクトを配置できます。 静的バッチ処理は静的オブジェクトを対象としており、動的-移動オブジェクトを対象としています。 すべての要件が満たされると動的バッチ処理が自動的に実行され（バッチ処理に関するドキュメントを参照）、静的バッチ処理は手動で設定する必要があります。

動的バッチ処理と静的バッチ処理の両方のオブジェクトの共同レンダリングには、特定の要件があります。 これらの要件はすべて、参照セクションで参照されているバッチ処理ドキュメントにリストされています。

静的バッチ処理中のパフォーマンスゲインをテストするために、飛行機の形をした複雑なゲームオブジェクトを含むシーンを作成し（図21）、バッチ処理のある場合とない場合のフレームレートを測定しました（表8）。





図21.非常に複雑な飛行機モデルを使用したテストシーンの静的バッチ処理





表8.静的バッチ処理が有効な場合と無効な場合の人員の速度とレンダリング呼び出しの数の違い（図21）



Unityは、動的と静的の2種類のバッチ処理をサポートしています。 バッチ処理を最大限に活用するには、できるだけ多くのオブジェクトを1つのレンダー呼び出しのバッチに結合してみてください。 どのオブジェクトが動的または静的バッチ処理に適しているかについては、Unityのドキュメントを参照してください。

おわりに

Unityでは、プロジェクトの作業を簡単に開始できますが、それでも簡単に、アプリケーションのパフォーマンスが不十分になる可能性があります。 Unityは、ゲームでスムーズなグラフィックスを実現するための多くの設定とツールをサポートしていますが、これらのツールのすべてが便利に構成され、直感的ではありません。 さらに、Unityの一部の設定は、有効にしたり誤って使用したりすると、ゲームのパフォーマンスに悪影響を与える可能性があります。 Unityを使用して開発する場合、事前に計画を準備することが重要です。一部のパフォーマンス関連機能は手動構成を必要とするため、事前に計画しないと（プロジェクトの作成時）はるかに困難になる可能性があるためです。

トピックに関する追加資料

元の記事：Unityで最適化を計画する方法*



品質文書

品質設定用のスクリプティングAPI

Boot Campテクニカルデモ

詳細レベルのドキュメント

非表示のパーツ除外ドキュメント

バッチ処理ドキュメント

レンダリングパスのドキュメント



Intel GPA

Unityへのマルチタッチ入力サポートの追加* Microsoft Windows用ゲーム* 7およびクラシックWindows * 8インターフェイス

TouchScriptライブラリを使用してUnity * 3Dでジェスチャシーケンスを実装する

タッチジェスチャを使用してUnity * 3Dの物理設定をTouchScriptで制御する

標準のUnity * 3D GUIをTouchScriptリソースと組み合わせて使用​​する