前回、前々回で紹介した、コンピュートシェーダとハードウェアインスタンシングで大量のパーティクルを動かしてみます。
[Unity]コンピュートシェーダーで画面を動かす | Puzzle & Programing
コンピュートシェーダの使い方
[Unity]ハードウェアインスタンシングで1万の板ポリゴンを描画 | Puzzle & Programing
ハードウェアインスタンシングの使い方
基本的には前に説明したとおりです。
ふたつの技術を組み合わせてパーティクルを表現しています。
パーティクルの画像はこちら。
C#スクリプト
新しい物として、構造化バッファ（コンピュートバッファ）を使っています。
シェーダから、読み書き可能な構造体の配列として使うことが出来ます。
シリアライズに対応していないらしく、開放時に明示的にReleaseを呼び出してやる必要があります。
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using UnityEngine; using System.Runtime.InteropServices; /// <summary> /// 弾の構造体 /// </summary> struct Bullet { /// <summary> /// 座標 /// </summary> public Vector3 pos; /// <summary> /// 速度 /// </summary> public Vector3 accel; /// <summary> /// 色 /// </summary> public Color color; /// <summary> /// コンストラクタ /// </summary> public Bullet(Vector3 pos, Vector3 accel, Color color) { this.pos = pos; this.accel = accel; this.color = color; } } /// <summary> /// 沢山の弾を管理するクラス /// </summary> public class MenyBullets : MonoBehaviour { /// <summary> /// 弾をレンダリングするシェーダー /// </summary> public Shader bulletsShader; /// <summary> /// 弾のテクスチャ /// </summary> public Texture bulletsTexture; /// <summary> /// 弾の更新を行うコンピュートシェーダー /// </summary> public ComputeShader bulletsComputeShader; /// <summary> /// 弾のマテリアル /// </summary> Material bulletsMaterial; /// <summary> /// 弾のコンピュートバッファ /// </summary> ComputeBuffer bulletsBuffer; /// <summary> /// 破棄 /// </summary> void OnDisable() { // コンピュートバッファは明示的に破棄しないと怒られます bulletsBuffer.Release(); } /// <summary> /// 初期化 /// </summary> void Start () { bulletsMaterial = new Material(bulletsShader); InitializeComputeBuffer(); } /// <summary> /// 更新処理 /// </summary> void Update() { bulletsComputeShader.SetBuffer(0, "Bullets", bulletsBuffer); bulletsComputeShader.SetFloat("DeltaTime", Time.deltaTime); bulletsComputeShader.Dispatch(0, bulletsBuffer.count / 8 + 1, 1, 1); } /// <summary> /// コンピュートバッファの初期化 /// </summary> void InitializeComputeBuffer() { // 弾数は1万個 bulletsBuffer = new ComputeBuffer(10000, Marshal.SizeOf(typeof(Bullet))); // 配列に初期値を代入する Bullet[] bullets = new Bullet[bulletsBuffer.count]; for(int i = 0; i < bulletsBuffer.count; i++) { bullets[i] = new Bullet( new Vector3(Random.Range(-10.0f, 10.0f), Random.Range(-10.0f, 10.0f), Random.Range(-10.0f, 10.0f)), new Vector3(Random.Range(-1.0f, 1.0f), Random.Range(-1.0f, 1.0f), Random.Range(-1.0f, 1.0f)) * 0.5f, new Color(Random.Range(0.0f, 1.0f), Random.Range(0.0f, 1.0f), Random.Range(0.0f, 1.0f))); } // バッファに適応 bulletsBuffer.SetData(bullets); } /// <summary> /// レンダリング /// </summary> void OnRenderObject() { // テクスチャ、バッファをマテリアルに設定 bulletsMaterial.SetTexture("_MainTex", bulletsTexture); bulletsMaterial.SetBuffer("Bullets", bulletsBuffer); // レンダリングを開始 bulletsMaterial.SetPass(0); // 1万個のオブジェクトをレンダリング Graphics.DrawProcedural(MeshTopology.Points, bulletsBuffer.count); } } |
シェーダー
テクスチャを貼り、ビルボード（カメラの方を向くオブジェクト）を実装しています。
頂点IDから構造化バッファにアクセスし、位置に加算しています。
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Shader "Custom/MenyBulletsShader" { SubShader { // アルファを使う ZWrite On Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha Pass { CGPROGRAM // シェーダーモデルは5.0を指定 #pragma target 5.0 // シェーダー関数を設定 #pragma vertex vert #pragma geometry geom #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" // テクスチャ sampler2D _MainTex; // 弾の構造体 struct Bullet { float3 pos; float3 accel; float4 col; }; // 弾の構造化バッファ StructuredBuffer<Bullet> Bullets; // 頂点シェーダからの出力 struct VSOut { float4 pos : SV_POSITION; float2 tex : TEXCOORD0; float4 col : COLOR; }; // 頂点シェーダ VSOut vert (uint id : SV_VertexID) { // idを元に、弾の情報を取得 VSOut output; output.pos = float4(Bullets[id].pos, 1); output.tex = float2(0, 0); output.col = Bullets[id].col; return output; } // ジオメトリシェーダ [maxvertexcount(4)] void geom (point VSOut input[1], inout TriangleStream<VSOut> outStream) { VSOut output; // 全ての頂点で共通の値を計算しておく float4 pos = input[0].pos; float4 col = input[0].col; // 四角形になるように頂点を生産 for(int x = 0; x < 2; x++) { for(int y = 0; y < 2; y++) { // ビルボード用の行列 float4x4 billboardMatrix = UNITY_MATRIX_V; billboardMatrix._m03 = billboardMatrix._m13 = billboardMatrix._m23 = billboardMatrix._m33 = 0; // テクスチャ座標 float2 tex = float2(x, y); output.tex = tex; // 頂点位置を計算 output.pos = pos + mul(float4((tex * 2 - float2(1, 1)) * 0.2, 0, 1), billboardMatrix); output.pos = mul (UNITY_MATRIX_VP, output.pos); // 色 output.col = col; // ストリームに頂点を追加 outStream.Append (output); } } // トライアングルストリップを終了 outStream.RestartStrip(); } // ピクセルシェーダー fixed4 frag (VSOut i) : COLOR { // 出力はテクスチャカラーと頂点色 float4 col = tex2D(_MainTex, i.tex) * i.col; // アルファが一定値以下なら中断 if(col.a < 0.3) discard; // 色を返す return col; } ENDCG } } } |
コンピュートシェーダー
コンピュートシェーダは簡単。
構造化バッファから値を取り出し、移動ベクトルを加算して再代入しています。
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#pragma kernel CSMain // 弾の構造体 struct Bullet { float3 pos; float3 accel; float4 col; }; // 前回の更新からの経過時間 float DeltaTime; // 弾の構造化バッファ RWStructuredBuffer<Bullet> Bullets; // (8, 1, 1)のスレッドで回す [numthreads(8,1,1)] void CSMain (uint3 id : SV_DispatchThreadID) { // それぞれの位置情報に移動ベクトルを加算 Bullets[id.x].pos += Bullets[id.x].accel * DeltaTime; } |
結果
大量のパーティクルが動きました！
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