[Unity] UDC 2017 Note

Day2 Overview

1. Keynote: Infinity Unity
2. GPU Instancing - 羅志達
3. Unity 影視工具 Timeline - Marek Marchlewicz
4. Animation Instancing - 張陳淵
5. Unity 非同步編程技術詳解 - 楊懷忠

Day3 Overview

1. Unity 遊戲原型快速開發實踐 - 楊棟
2. UGUI 深度優化提升手遊效能 - 楊懷忠
3. Unity 靜態腳本分析 - 張黎明
4. Unity 圖形快速定位與 Debug 技巧 - 張陳淵
5. Scriptable Render Pipeline - 張黎明
6. Asset Bundle Graph Tool 流程工具深度介紹 - 羅志達

劉景岩：大陸市場的問題
- Localization & Integration
- Platform support
- Publishing license

Reference: unity.mi.com

常守瑜：Unity Connect
- Showcase
- Find help
- Get paid

Kelvin Lo：新功能
CinemachineCamera (Virtual Camera)
- Procedure Camera Work：判斷目標位置或障礙物自動切換 Camera

NavMesh
- Progressive Lightmapping
- 不需要重新烘焙
- 針對 Camera 可視範圍，先用低階方式算
- 動態計算場景、無接縫地圖（可設定範圍大小）

問題
- 大量的渲染、無雙系列
- 一次 Draw Call，來達到降低 CPU 負載

Instanced Shader: 5.6
- Advanced Options => Enable Instancing 打勾

原理
- 把相同 Geometry 物體的頂點數據以及世界座標交給 GPU 處理

限制
- 跟光有關的無法使用：Light probe
- 除了 PC 或家用主機外，其他平台還沒有好的解決方案：放棄！

API
- 5.5: DrawMeshInstanced
- 5.6
- DrawMeshInstancedIndirect
- Shader variant stripping

解決方案
- Array-of-Struct Layout：更緊湊的排列每個 Instance
- Out-of-Bounds Read

改進
- 支援半精度 half2, half4
- 大部分功能正在測試及程式審查 2017.2

Carl Callewaert：Unity 5.6 Video Player

Cinemachine FreeLook Camera
- LookAt
- Follow
- Rotate by mouse position

Cinemachine Virtual Camera
- Aim: 可以調整 Offset & Size
- Noise: 加入手震的感覺

Timeline + Playable Director
- 結合同一物件中的各個 Animation：Idle => Jump => Die
- 結合不同的物件 Animator

張陳淵：基於 Animation Instancing 的人群模擬
i7 + GTX 980Ti：30000個角色 x 500面 = 50~60 FPS
GPU Instancing 的缺陷：不支援骨骼動畫 => Animation Instancing

Animation Instancing
- GPU Instancing 的一種擴展
- 需要的數據
- Instancing Vertex：Animation T-Pose下的頂點數據、骨骼的索引及權重
- Instancing Data 角色的獨有數據：世界矩陣、骨骼動畫數據、動畫索引、動畫幀索引

LOD
- 距離 Camera 比較遠的物件，就使用低精度的 Mesh => 低頂點數
- 降低渲染的面數、降低 overdraw

Animation Texture
- TextureFormat.RGBAHalf
- Filter Mode: Point
- 不需要 mipmap

Animation Texture Bake Flow
- 搜索模型的動畫
- 計算蒙皮矩陣

提交渲染
- Material.SetBuffer
- DrawProcedural
- DrawMeshInstanced

優點
- 避免骨骼動畫的計算開銷 (Animator.Update())
- 在 GPU vertex shader 計算蒙皮 (MeshSkinning.Update())
- 降低了 CPU 到 GPU 的數據傳說 => 降低 Drawcall

缺點
- 無法使用 Blend Tree
- 不支持 IK
- 動畫精確性降低

楊懷忠：Unity 中的非同步程式技術（Job System）

多執行緒渲染
- 過多的遊戲性能負荷集中在 Main Thread
- 在 Unity 5.4 中把 Camera.Render 的工作移出，但大大還不足
- Unity 5.6 開始支持 Vulkan

Unity Job System (Worker threads)
- Main thread, Render thread, many worker threads
- Particle systems, Animation systems, 不料計算、遮擋剔除、視錐體剔除、蒙皮和靜態裁剪
- 基於任務式的高效安全多執行緒系統
- 多工之間可以存在依賴關係
- 可以根據主執行緒排優先順序

Unity 中的非同步作業
- Resources.LoadAsync, Lightmapping.BakeAsync...
- AssetBundle.LoadFromFileAsync：可能主執行緒只佔用 1% 時間

Coroutine
- Main thread
- one frame 中的執行順序：WaitForSeconds, WaitForFixedUpdates, WaitForEndOfFrame
- C# 編譯器會建立一個 Coroutine 類別，也是一種消耗（增加內存消耗）
- 生命週期與 MonoBehaviour 相同
- Coroutine 中的區域變數會變成 Class 的 Member
- 為了減少 Main Thread 的開銷，避免在 Coroutine 中進行一些大量的計算
- 盡可能少用 Coroutine
- 巢狀式的 Coroutine 對於 Code 的簡潔與維護都不錯，但會容易導致較高的記憶體開銷

C# Threads
- 真正的並行
- Race condition：Lock
- 鎖死：Deadlock
- 不能在 C# 的執行緒中 Call Unity API

楊棟：Unity 遊戲原型快速開發實踐

Why
- 驗證技術可行性
- 核心玩法試驗
- 從一堆原型中挑出最好的

實際案例分析：簡單的橫向捲軸格鬥遊戲（打殭屍）
- Parallax Scrolling：2D platformer
- Flash 2 Unity：GAF Pro: Flash to Unity ($95)
- SWF => .gaf (binary) + .png (atlas)
- Import 後會生成 Animation Controller + Animations => Create Prefab
- 自己連接 State：Sub State Machine
- 連擊操作 + 簡單 AI：PlayMaker
- 各種手勢：EasyTouch 5
- 解決碰撞體在正確時間出現在正確位置
- 粒子特效：Cartoon FX
- Custom Script：碰撞、控制 PlayMaker

楊懷忠：UGUI深度優化手遊效能

UI Basics
- Render Details
- Back-to-front with alpha blending
- High level of overdraw (每個像素期望只畫一次)
- Rebatch
- 保存結果，重用 Batching，直到 Dirty (任何 Mesh 發生變化)
- 如何計算 Batching (為何浪費)：Mesh sorting (depth, overdraw, material)
- Rebuild
- Layout rebuilds：重新計算所有頂點
- UI 元素的位置或大小改變時
- 優先計算根節點
- Graphic rebuilds：Color & Alpha channel
- 頂點數據 Dirty
- 材質或貼圖 Dirty
- Perform::Update()

UI Optimize Tools
- Profilier
- Canvas.BuildBatch
- Canvas.SendWillRenderCanvases
- Unity Frame Debugger
- Xcode’s Instruments
- Xcode’s Frame Debugger

Canvas Rebuild
- 子物件的順序：把相同材質的物件排一起
- 多級 Canvas：僅影響自身 Canvas
- Rebuild 會是效能瓶頸嗎？
- 只存在單一或少數的 Canvas
- 太過平凡的 Dirty 導致 Rebuild

Canvas
- 一般準則：根據靜態與動態元件區分 Canvas
- Raycaster
- 必要組件才開啟 Raycast Target
- 放在越底層越好

Font
- 每個字都是四邊形
- Font Mesh Rebuild
- UI Text 組件發生變化
- 父物件發生變化
- SetActive or Enable/Disable
- 動態字體和字體集
- 當前 Font texture 未包含所需要的字時，Font texture 會 rebuild
- 字體集的大小只增不減
- Font.RequestCharactersInTexture 可以有效降低啟動時間
- Best Fit：自動調整到最大的整數大小，一般不建議開啟

ScrollView
- 列出所有的 Cell：只適用於少量的情況
- Buffer Pool
- 需要申請足夠大的記憶體
- RectMask2D

重要建議
- Layout 組建很昂貴：不要用
- Disabling Canvas Component
- SetActive 或是移到看不到的地方，同樣需要重建
- 使用 Disable 可以重新利用 Buffer Pool
- 避免 UI 重疊
- 優化 UI Shader

張黎明：Unity靜態腳本分析

Why
- 有限的開發時間
- 避免人工檢查的遺漏
- 可以整合 CI

已有的代碼分析器
- Visual Studio “Squiggles"
- Resharper
- Roslyn
- 可擴展的 Analyzer
- https://github.com/dotnet/roslyn

Unity Engine Analyzer
- https://github.com/meng-hui/UnityEngineAnalyzer
- Reflection
- Nuget => UnityEngineAnalyzer
- Customize
- Visual Studio SDK
- .Net Compiler Platform (“Roslyn”) SDK

Unsealed Derived Class Analyzer
- 利用 sealed class 來減少 virtual function 的消耗
- 繼承 DiagnosticAnalyzer：將所有 method 拿來判斷 IsOverride() && !IsSealed()

張陳淵：Unity圖形bug定位及調適技巧

Filter Mode
- Point = Bilinear
- Trilinear：使用不同的層級來進行 Mipmap

Why
- 找出壞圖原因
- 暸解原理，進一步優化

工具：確認數據（你的推測）
- 調查方法：分析 => 調試 => 驗證
- 範例（pic * 100 - 90）

優化
- 檢查渲染時間：Draw call time
- 渲染順序：Rendering Pipeline (常用：VS, PS)
- 同一 draw call 下，透過檢查頂點順序
- 裁剪

錯誤檢查
- 狀態檢查：History (檢查Overdraw)
- 輸入輸出檢查：確保每個階段的 I/O 都正確
- Shader調試

工具
- Unity Frame Debugger
- Nsight
- Visual Studio Graphics Analyzer (可看到 Geometry Stage 階段的狀態)
- Render Doc (推薦***)
- Android Studio
- Apple Instrument

Dynamically Batching
視角固定的遊戲：透過固定渲染順序來優化 (UGUI 就是透過此種方式來優化 Draw Call)

張黎明：Unity Scriptable Render Pipeline

Current pipeline status
- Configurability: Big black box
- Discoverability: Not documented
- Flexibility: Can’t be extended
- Maintainability
- Architecture is complex
- Camera does everything
- Outdated features: Grab pass

The new philosophy
- Small C++ core
- Expose API
- Implement specifics in C#

Features
- Lean
- User centric: Easy to debug, work & extend
- Optimal
- Explicit: No magic, clean API

How
- Rendering is generally (SUPER HIGH LEVEL)
- What to render
- What state of objects
- Submit to GPU

Scriptable Render Pipelines
幫助 User 進行底層光照陰影等細節
- Script a whole pipeline - High level abstractions
- Draw a list of things, rather than single thing
- Sorting
- Shadows
- State management
- More functionality
- User centric

Userland v.s Unityland
Performance: If it’s performance critical, it’s done in C++.
Future: More in C# if we can make it fast.

C# / Userland
- Instantiating culling
- Rendering passes
- No per renderer operations

C++ / Unityland
- Culling /soting modules
- Issuing watchable draw calls

Making a render pipeline
Render Pipeline Asset => (create) => Render Pipeline Instance
Render Pipeline Asset

- IRenderPipelineAsset: DestroyCreatedInstances, CreatePipeline
- IRenderPipeline: dispose, Render(ScritableRenderContext ,cameras);

Example
GraphicSettings => Scriptable Renderloop Setting => Drag render pipeline asset

- Clear depth buffer
- Draw opaque objects
- Draw skybox
- Draw transparent objects

Command scheduling
- Everything is queued up
- Submit gets called
- Every command is a job

Kelvin Lo：Asset Bundle Graph Tool

Hiroki Oame 大前廣樹：Unity Director, Unity-Chan’s father

AssetBundles
- Minimize first package
- Dynamically updating
- Better memory management

Current situation
- 文件不齊全
- 跨平台載入效率不一
- 某些系統相容性不足：Code stripping, shader variants

Asset Bundle Browser
- Configure: Drag prefab
- LoadAsset.cs
- LoadScene.cs：Disabled after load，可以設定 Loading
- Conflict detection: 把共用的 object 再拉出來，會自動建立關聯
- 可以關連 AssetBundle Graph Tool

Asset Bundle Manager
- Simulation mode：還沒 Build 之前可以先模擬
- Local Server
- Remote Server

Asset Bundle Graph Tool
- Load From Directory => Split By Filter => Group By File Path (Grouping keywords) =>
Configure Bundle from group => Build Asset Bundle => Export To Directory
- Extract shared assets: Check dependancy
- Group by runtime memory size
- Automation: 自動化美術資源匯入格式設定流程
- Load from directory => Split by filter => Overwrite import setting (Use As Postprocessor)
- Last imported items: 不管從哪來的資源都執行，建立好命名規則即可
- Label Assets: Preview 加標籤

Unity Technologies: Asset Bundle Manager + GraphTool + Browser
https://bitbucket.org/Unity-Technologies/assetbundledemo
https://bitbucket.org/Unity-Technologies/assetbundlegraphtool
https://bitbucket.org/Unity-Technologies/assetbundles-browser

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