Unreal Engine でのストリーミングバーチャルテクスチャリング | Unreal Engine 5.7 ドキュメンテーション

ストリーミングバーチャルテクスチャリング (SVT) は、プロジェクトにあるテクスチャをディスクからストリーミングするための代替手段です。SVT には、Unreal Engine の既存のミップベースのテクスチャストリーミングと比べて、いくつかの利点があり、いくつかの欠点もあります。

従来のミップベースのテクスチャストリーミングでは、マテリアルの UV 使用量の分析をオフラインで行ってから、オブジェクトの可視性とカメラからの距離に基づいて、テクスチャのどのミップレベルをロードするかをランタイム時に決定します。このプロセスでは、対象とするストリーミングデータは全テクスチャのミップレベルであるため、制限される場合があります。

高解像度のテクスチャを使用している場合にテクスチャの高いミップレベルをロードすると、パフォーマンスが大幅に低下し、メモリのオーバーヘッドが大幅に高くなる可能性があります。また、ミップベースのテクスチャストリーミングは、CPU ベースのオブジェクトの可視性とカリングを使用して CPU によって決定されます。

オブジェクトが表示されないようにするために可視性はより保守的になり、システムが何かをロードする可能性が高くなります。そのため、オブジェクトの一部だけが見えている場合でも、そのオブジェクト全体が見えていると見なされます。オブジェクトは、ストリーミングに必要になる可能性がある関連するすべてのテクスチャも含めてロードされます。

対照的に、バーチャルテクスチャリングシステムでは、UE が表示を求めるテクスチャの部分のみがストリーミングされます。バーチャルテクスチャリングでは、まず、すべてのミップレベルが小さな固定サイズのタイルに分割されます。目に見えるタイルのうち、画面上のすべての目に見えるピクセルによってアクセスされるタイルを GPU が特定します。つまり、UE がオブジェクトを可視性があると見なすと、そのオブジェクトが CPU に伝えられ、GPU によって必要なタイルが GPU のメモリキャッシュにロードされます。テクスチャのサイズにかかわらず、可視であると見なされるのは、SVT の固定タイルサイズ分のみです。標準の深度バッファを使用して可視性が GPU で計算され、ピクセルに影響する可視部分に対してのみ SVT のリクエストが出されます。

バーチャルテクスチャリングを有効にする

[Project Settings (プロジェクト設定)] で、[Engine (エンジン)] > [Rendering (レンダリング)] > [Virtual Textures (バーチャルテクスチャ)] を参照し、[Enable virtual texture support (バーチャルテクスチャのサポートを有効化)] の横のチェックボックスをオンにします。

画像をクリックすると、拡大表示されます。

[Project Settings (プロジェクト設定)] の [Editor (エディタ)] > [Texture Import (テクスチャのインポート)] > [Virtual Textures] カテゴリで、SVT に新しくインポートするテクスチャの検証に使用する最小テクスチャサイズを指定できます。テクスチャがこの最小サイズ要件を満たしている場合は、自動的にそのテクスチャアセットに対して バーチャルテクスチャストリーミング が有効になります。

これらの設定項目については、「バーチャルテクスチャリングの参照情報」ページを参照してください。

テクスチャとマテリアルを変換する

プロジェクトでバーチャルテクスチャリングを有効にする場合は、テクスチャとマテリアルが適切に機能するように設定する必要があります。テクスチャでは Virtual Texture Streaming (バーチャルテクスチャストリーミング のサポートを有効にします。また、マテリアルの Texture Samples (テクスチャサンプル) で、非バーチャルサンプラタイプではなく バーチャル サンプラタイプが使用されるように変更します。

下記のオプションから選択して、SVT で使用できるようにテクスチャとマテリアルを適切にセットアップします。

変換メニューオプション

コンテンツブラウザで、SVT で使用できるように変換するテクスチャアセットを選択します。
右クリックしてコンテキストメニューを開き、[Convert to Virtual Texture (バーチャルテクスチャに変換)] を選択します。

このメニューオプションを使用して、バーチャルテクスチャから通常のテクスチャに変換することもできます。
[Convert To (変換先)] ウィンドウに、選択したテクスチャ (複数可) および、それらを参照しているマテリアルがリストされます。
[OK] をクリックすると、変換プロセスが開始されます。

変換プロセス中に、各テクスチャアセットのテクスチャエディタの設定にある Virtual Texture Streaming が有効になります。選択されたテクスチャ (複数可) を参照しているマテリアルでは、Texture Sample ノードが、非バーチャルサンプラタイプではなく バーチャル サンプラタイプを使用するように変換されます。

手動での変換

変換するテクスチャアセットをコンテンツブラウザ内でダブルクリックすると、テクスチャエディタ が開きます。
[Details (詳細)] パネルの [Texture (テクスチャ)] にある Virtual Texture Streaming を有効にします。

前述の変換メニューオプションを使用せずにこれを有効にすると、変換されたテクスチャを参照する既存のすべてのマテリアルが直ちに無効化されます。変換されたテクスチャを参照するマテリアルを開いて、正しい バーチャル サンプラタイプを使用するように Texture Sample ノードを設定します。たとえば、バーチャルテクスチャでは、Sampler Type に [Color (カラー)] ではなく [Virtual Color (バーチャルカラー)] を指定します。

正しいサンプラタイプを使用していない Texture Sample ノードがあると、[Stats (統計)] パネルおよびそのノードの下部に、次のようなエラーメッセージが表示されます。

このエラーメッセージでは、割り当てられた VT Texture Sample 式で間違っている Sampler Type が特定されています。
テクスチャサンプルの Sampler Type を Virtual タイプのいずれかに変更します。
VT Texture Sample 式が正しくレンダリングされ、その式の右下に「VT」と表示されます。

バーチャルテクスチャをマテリアルグラフに追加すると、UE は自動的にバーチャルサンプラタイプを割り当てます。ただし、その式を、マテリアルインスタンスで使用できる Texture Sample Parameter にする場合は、基本マテリアルではバーチャルサンプラタイプがすべての子インスタンスに適用されることに注意してください。基本マテリアルでバーチャルタイプになっていないテクスチャパラメータスロットにはバーチャルテクスチャを割り当てることができないことを覚えておいてください。

UDIM のサポート

U-Dimension (「UDIM」) は、複数のテクスチャ画像をスタティックメッシュまたはスケルタルメッシュモデルの個別の UV 領域にマッピングできるようにするテクスチャ命名規則です。UDIM 命名規則を使用すると、UE が画像ファイルのグループを 1 つのバーチャルテクスチャアセットとしてインポートすることができます。

UDIM でのバーチャルテクスチャリングのサポートは、次のような理由で役に立ちます。

非常に大きいテクスチャではなく、個別の小さい多数のテクスチャで使用できます。
各 UDIM 画像では異なる解像度を使用できるため、ピクセル密度が均一ではないバーチャルテクスチャを使用できます。

たとえば、4 つの画像ファイル (2048x2048 のテクスチャが 2 つ、128x128 のテクスチャが 2 つ) が 2x2 のパターンで配置されている UDIM バーチャルテクスチャをインポートすると、バーチャルテクスチャではこれらの画像が 1 つの 4098x4098 テクスチャとして論理的にサンプリングされます。UE では、ディスクやランタイムメモリの使用量に影響を与えることなく、小さい 128x128 の画像を引き伸ばして、大きい 2048x2048 の画像と同じ領域を埋めます。小さい 128x128 のテクスチャで 2048x2048 のテクスチャの解像度を埋めると、この場合はメモリを消費しません。

UDIM のワークフローの詳細については、「The Foundry's UDIM Workflow」チュートリアルを参照してください。

次の命名規則を使用することで、自分のプロジェクトでバーチャルテクスチャリングによる UDIM テクスチャを使用できます。

	BaseName.####.[サポートされている画像形式]

次に例を示します。

	MyTexture.1001.png

UE は、この命名規則に合致している画像をインポートすると、同じ BaseName の後に別の座標番号が付いている名前の他の画像がないか、ソースフォルダ内をスキャンします。見つかった各画像は、4 桁の番号によって、マッピング先の場所が定義されます。ただし、0 ～ 1 の範囲のメッシュ UV への従来のテクスチャマップをインポートすると、UDIM 画像は、その定義済み UV 座標に基づいて UV の 0 ～ 1 の空間にマッピングされます。

インポート時に、UDIM テクスチャは垂直方向に反転されます。これは、Unreal Engine での UV のサンプリング時の左上の座標が (0,0) であるためです。UDIM テクスチャを使用しているメッシュの UV も、インポートした UDIM テクスチャの向きで正常に動作するように、インポート時に調整されます。そのため、エンジンにインポートされると、マテリアル内の前述のテクスチャのような UV をサンプリングするための UV は次のようになります。

パフォーマンスとコスト

プロジェクトでのバーチャルテクスチャリングのパフォーマンスとコストを測定するには、以下のセクションに従います。

バーチャルテクスチャリングの統計をとる

バッククォート (`) キーを押してコンソールを開き、次のコマンドを入力して統計情報を有効にします。

stat virtualtexturing を使用すると、バーチャルテクスチャリングシーンのコスト (ミリ秒単位) およびページテーブルのカウンタに関する詳細を確認できます。

stat virtualtexturememory を使用すると、現在のシーンでのバーチャルテクスチャリングの使用に関連するメモリカウンタが表示されます。

ストリーミングバーチャルテクスチャリングのビジュアライゼーション

コンソールコマンド r.VT.Borders 1 を使用すると、ストリーミングバーチャルテクスチャを使用しているマテリアル上にミップビジュアライゼーショングリッドが描画されます。

必要なくなったら、r.VT.Borders 0 を使用してグリッドを非表示にします。

マテリアルのルックアップとスタック

マテリアルのバーチャルテクスチャからのサンプリングは、従来のテクスチャからのサンプリングよりも負荷が高くなります。バーチャルテクスチャリングのコストは次の 2 カテゴリに分かれています。

ルックアップ は、マテリアルグラフ内で、プロジェクトでサンプリングされるバーチャルテクスチャごとに行われます。
スタック は、プロジェクトで同じ UV とサンプラソースが使用される場合にバーチャルテクスチャを結合します。

バーチャルテクスチャは、従来のテクスチャサンプルよりも常にコストが大きくなります。常に 2 つ以上のテクスチャがフェッチされ、いくつかの数学命令が実行されます。ただし、同じ UV とサンプラソースを使用する VT テクスチャサンプルの複数のスタック (最大で 8 つ) を結合することによって、そのコストの一部が償却されます。

次のシンプルなマテリアルの例では、UE はデフォルトの UV を使用して 2 つの VT Texture Sample 式をサンプリングしています。そのテクスチャサンプルの各ルックアップに対して Virtual Texture Lookup が加算され、どちらも 1 つの UV を使用しているため、それらは 1 つの Virtual Texture Stack に結合されています。

ただし、プロジェクトで異なる UV が使用されている場合は、Virtual Texture Stack のフェッチが 2 回になってコストが増えます。

1 つ目の例では、2 回のルックアップと 1 回のスタックで、合計 3 回のテクスチャフェッチが行われています。どちらの VT サンプルでも同じ UV が使用されているため、UE はスタックを結合してテクスチャフェッチ回数を節約します。2 つ目の例では、2 回のルックアップと 2 回のスタックで、合計 4 回のテクスチャフェッチが行われています。VT Texture Sample では Base Color と Normal のテクスチャサンプルに異なる UV が使用されているため、それらを 1 つのスタックに結合することはできません。

マテリアルに関する追記

UE は、ストリーミングバーチャルテクスチャを、そのサイズに関係なく、テクスチャごとに固定サイズのタイルに分割します。また、最低解像度のミップをタイルサイズで制限します。これは多くの場合は問題になりませんが、多数のノイズがあるテクスチャや高い詳細度のテクスチャでは、低解像度のミップがないために、エイリアシングやモアレ効果が現れることがあります。また、これによって GPU パフォーマンス負荷が高くなる可能性があることに注意してください。ただし、それを実際に測定するのは難しい場合があります。

制限事項

基本的には、バーチャルテクスチャは通常のテクスチャと交換可能ですが、次のような制限事項があり、コストが高くなります。

テクスチャの寸法は 2 の累乗である必要がありますが、UE ではもともと正方形である必要はありません。ただし、現在の実装では、正方形である方が、メモリがより効率的に使用されます。
ミップ間のトリリニアフィルタリングのサポートは、推計学的に処理されます。テンポラルアンチエイリアシング (TAA) を使用している場合は、通常のトリリニアフィルタリングとほとんど見分けがつきませんが、場合によっては目に見えるノイズが生じることがあります。
UE では、異方性フィルタリングのサポートを [Tile Border (タイル境界)] 設定のサイズで制限しています。デフォルト値の 4 では、異方性フィルタリングでのメモリ使用量はテクスチャに対する典型的なフィルタリングよりも少なくなりますが、この値を大きくするとメモリ使用量が増えます。
VT ストリーミングは本来リアクティブであるため、レンダリングされたフレームで必要になった後まで、CPU では VT タイルをロードする必要があることがわかりません。したがって、特に解像度の高い VT タイルがロードされる場合、カメラがシーンを移動するときに、目に見えるポップインが発生する可能性があります。

バーチャル テクスチャリングを有効にする