【UE5.5】Nanite、Lumen、VSMの概要についてまとめる

参考書籍・サイト

• Unreal Engine 5 における レンダリング & デバッグTips

• Unreal InsightsとProfileGPUから見るLumenとNanite ＋ 5.4までのアップデート

• Unreal Engine 5 - City Sampleからみる描画の最適化【CEDEC 2022】

Unreal Engine 5 リアルタイム ビジュアライゼーション 第2版

背景アーティスト導きの書

各機能の概要

機能	〇 メリット	△ 注意点
Nanite	・仮想化ジオメトリストリーミングにより高精細なメッシュを描画する ・自動で最適な詳細度（LOD）描画を行う	・Opaque、Maskedマテリアル以外は非対応 ・Masked、WPO使用マテリアルはパフォーマンスが悪い ・スケルタルメッシュ描画は5.5で実験段階 ・シャドウマップ非対応(VSM推奨)
Lumen	・ベイク無しで動的なGIを実現する ・Naniteジオメトリと相性が良い	・処理負荷が比較的高い ・残像が起きやすい
Virtual Shadow Map (VSM)	・VirtualTextureの仕組みを活用することで質の高いシャドウ描画を行う ・Naniteジオメトリと相性が良い	・処理負荷が比較的高い

機能	従来の機能	〇 優位性
Nanite	・LOD	・高ポリゴンのメッシュを最適化して描画できる ・メッシュ個別のLOD作成が不要
Lumen	・Lightmapによる焼き付け ・Screen Space Global Illumination (SSGI) ・Path Tracer	・リアルタイムにGIが行える
Virtual Shadow Map (VSM)	・シャドウマップ ・レイトレーシングのシャドウ ・距離フィールドシャドウ ・Lightmassによる自動計算されたシャドウ	・Naniteジオメトリに対応し、高品質

• 参考
  • グローバルイルミネーション | Unreal Engine 5.5 ドキュメンテーション
  • シャドウイング > サポートされているシャドウイング手法 | Unreal Engine 5.5 ドキュメンテーション

Naniteの概要

Naniteとは

機能	〇 メリット	△ 注意点
Nanite	・仮想化ジオメトリストリーミングにより高精細なメッシュを描画する ・自動で最適な詳細度（LOD）描画を行う	・Opaque、Maskedマテリアル以外は非対応 ・Masked、WPO使用マテリアルはパフォーマンスが悪い ・スケルタルメッシュ描画は5.5で実験段階

UEバージョン	変更点
5.0	・Naniteの登場
5.2	・Maskedマテリアル、WPOの対応
5.3	・Nanite Tessellation (実験的機能)追加
5.5	・SkeletalMeshへの対応（実験的機能）追加

Naniteの処理内容

参考: A Deep Dive into Nanite Virtualized Geometry | Youtube

処理	概要
VisBuffer	・見えるメッシュのみに絞り、詳細度を決定する
LumenSceneSceneUpdate	・LumenSceneの更新を行う
BasePass	・VisBufferで求めた情報を元にMaterialを描画する
ShadowDepths	・VSMの計算を行う

参考: Unreal InsightsとProfileGPUから見るLumenとNanite ＋ 5.4までのアップデート

• NaniteのShading情報表示
  • r.ShaderPrint 1
  • r.Nanite.ShowStats 1

• 追加のVisualize機能使用
  • r.Nanite.Visualize.Advanced 1

• ProfileGPUでシェーディング情報可視化
  • r.Nanite.ShowMeshDrawEvents 1
  • 各シェーディングパスもPrifileGPUで確認可能になるはずだが、UE5.4だと上手く確認できず・・・

Naniteの設定方法

各項目の設定内容：
Nanite のフォールバック メッシュと精度の設定

Nanite対応アセット

機能	〇 使用可能	△ 注意が必要	× 使用不可
ジオメトリ	・スタティックメッシュ	-	・スケルタルメッシュ（※5.5から実験的機能として使用可能）
マテリアル	・Opaqueマテリアル	・Maskedマテリアル ・WorldPositionOffset(WPO)使用マテリアル	・Opaque、Masked以外のマテリアル

参考: Naniteのサポートされている機能 | Unreal Engine 5.5 ドキュメンテーション

参考: サポートされるプラットフォーム | Unreal Engine 5.5 ドキュメンテーション

Nanite Tesselation (実験的機能)

引用：Nanite テッセレーション | Unreal Engine 5.5 ドキュメンテーション

引用：Nanite テッセレーション | Unreal Engine 5.5 ドキュメンテーション

参考：
[UE5]Nanite Tessellation を使ってみよう

Lumenの概要

Lumenとは

〇 メリット	△ 注意点
・ベイク無しで動的なGIを実現する ・Naniteジオメトリと相性が良い	・処理負荷が比較的高い ・残像が起きやすい

従来の機能	〇 優位性
・Lightmapによる焼き付け ・Screen Space Global Illumination (SSGI) ・Path Tracer	・リアルタイムにGIが行える

Lumenの処理内容

• LumenSceneの構築
  • 各メッシュのカードを生成して照明計算を行う
  • 計算結果を元にメッシュorディスタンスフィールドを表示する
• LumenSceneのトレース
  • 下記いずれかの方法でトレースを行う
    • Software RayTracing (ディスタンスフィールド)
    • Hardware RayTracing (メッシュ)

参考: Unreal Engine5 Lumenの仕組みと肝心なところ

Lumenの設定方法

参考:
Lumen の設定 | Unreal Engine 5.5 ドキュメンテーション
Lumen パフォーマンス ガイド - スケーラビリティ設定 | Unreal Engine 5.5 ドキュメンテーション

• トレース方法の種類
  • Software RayTracing
    • ディスタンスフィールドに対して行う
  • Hardware RayTracing
    • メッシュに対して行う

対応条件参考:
ハードウェア レイ トレーシング | Unreal Engine 5.5 ドキュメンテーション

最適化の方法

• 基本はスケーラビリティの設定
  • Epic: 30fps向け、High: 60fps向け
• アセット側の対応
  • StaticMeshを出来るだけNanite化
  • Naniteの軽量化
  • Lumenカードをマージ
  • Lumenカードの解像度を下げる
  • Lumen計算の複数フレーム分散

参考:
Unreal InsightsとProfileGPUから見るLumenとNanite ＋ 5.4までのアップデート
Lumen パフォーマンス ガイド | Unreal Engine 5.5 ドキュメンテーション

Virtual Shadow Map (VSM)の概要

VSMとは

参考:
仮想シャドウマップ | Unreal Engine 5.5 ドキュメンテーション

〇 メリット	△ 注意点
・VirtualTextureの仕組みを活用することで質の高いシャドウ描画を行う ・Naniteジオメトリと相性が良い	・処理負荷が比較的高い

従来の機能	〇 優位性
・シャドウマップ ・レイトレーシングのシャドウ ・距離フィールドシャドウ ・Lightmassによる自動計算されたシャドウ	・Naniteジオメトリに対応し、高品質

VSMの処理内容

• ShadowMapの作成
  • VirtualTextureを使用し、必要な場所に必要な解像度で作成する
• ShadowMapの描画
  • Shadow Map Ray Tracing（SMRT）によりシャドウ描画を行う

VSMの設定方法

最適化の方法

• キャッシュを無効化するオブジェクトを減らす
• Distant Lights、Onepass Projectionを有効にする
• LodBiasでShadowMapのLODを調整する
• Max Physical Pagesを減らす

参考:
仮想シャドウマップ - キャッシュ | Unreal Engine 5.5 ドキュメンテーション

おわりに

【UE5.5】Nanite、Lumen、VSMの概要についてまとめる ～完～