モバイル・コンシューマ開発比較勉強会 #3

1. ゲームエンジンの中の話
釜井政義 <@i_love_falcom>
2015/12/1 モバイル・コンシューマ「開発比較」勉強会 #3

2. 誰？
 釜井政義(@i_love_falcom)
 コンシューマでアクション系開発ばかり10数年
 描画やシステム低層側実装が主な仕事
 昔は（社内）インフラなんかもやってました
 バイク命

3. 注意！
ゲームエンジンが提供する機能は、
• Game Editor(+Tool群）
• Run-time Framework
大きく分けてこの二つに別れますが、
今日はRun-time Frameworkの話をします

4. 本日のお題
 ゲームエンジンを理解する
 ゲームループ内で実行する処理
 ゲームループ外の処理
 まとめ

5. ゲームエンジンを理解する

6. ゲームエンジンを理解しようとするとき、
どこから手を付ければいい？

7. 取りあえずソースコードとか読んでみる？

9. うん、無理！

10. 関連技術を確認しながらならどう？

12. やっぱ、無理！

13. じゃあどこから理解する？

14. 複雑でよく分からないなら、
基本に立ち戻ってシンプルに考える

15. 更新
描画
終了？
終了
ゲームループ
開始
Yes
No
フレーム同期

16. なぜゲームループ？
 どんなRun-time Frameworkにも必ずある（はず）
 最外の処理なので全体の流れを見るのに都合がいい
 対象となるプラットフォームによって、目的のコードが何処
にあるのかある程度見当がつく
 例えばAndroidの場合、SurfaceViewを継承しているクラ
スを探す等

17. 古典的ループ
CPU
GPU
同期
GPU待ち
CPU待ち 更新
更新 更新

18. CPU-GPU並列ループ
N＋１ Frame
更新
N Frame
描画
N Frame
描画
CPU
GPU
同
期
N＋１ Frame
描画
N＋１ Frame
描画

19. ２スレッドループ
N Frame
更新
N Frame
描画初期化
N-1 Frame
描画
CPU２
GPU
同
期
CPU１
N Frame
描画
同
期
N+1 Frame
更新
N Frame
描画
N-1 Frame
描画

20. 2スレッド＋ジョブ並列化ループ
N Frame
更新
N Frame
描画初期化
N-1 Frame
描画
CPU２
GPU
同
期
CPU１
N Frame
描画
同
期
N+1 Frame
更新
N Frame
描画
N-1 Frame
描画
CPU３～ CPU1/2発行ジョブ

21. ２スレッド＋ジョブ
＋非同期コンピュート並列ループ
N Frame
更新
N Frame
描画初期化
N-1 Frame 描画
CPU２
GPU
同
期
CPU１
N Frame
描画同
期
N＋１ Frame
更新
N Frame 描画
N-1 Frame
描画
CPU３～ CPU1/2発行ジョブ
GPGPU

22. 並列・非同期化の方向へ進化する事によって、
CPU/GPU使用率が向上！
 複雑なエンティティを大量に処理できるようになる
 反面、入力～描画間レイテンシが増大
 対戦格闘やシューティングなど、低レイテンシであることが
必須のゲームに向かない
 描画で使用していない間、汎用計算リソースとしてGPUを使用
する事で、これまで出来なかった事が可能になった

23. ゲームループ内で実行する処理

24. ゲームループ内で実行する処理
 エンティティシステム（タスクシステム）
 エンティティの生成と破棄、およびリソース管理
 エンティティ更新、休止管理
 描画システム
 描画リソースの生成、破棄、解決処理
 描画コマンドの発行、Kick
 ゲームステート
 ゲームの状態・遷移管理
 ゲームシーン（ステージ）管理

25. エンティティ
 ゲーム内オブジェクト全ての基底
 エンティティシステムによって生成・破棄の管理を行う
 通常一意のIDを持ち、これによって他のエンティティから検
索、参照する機能を提供する
 エンティティ間を疎結合にするため、メッセージ通信機能を
提供する場合も多い

26. class ClassicalEntity {
public:
void Register();
void Unregister();
const char * GetID();
ClassicalEntity & Find(const char * id);
protected:
virtual void Update(const float delta) = 0;
virtual void Draw() {}
ClassicalEntity(const char * id) {}
virtual ~ClassicalEntity() {}
private:
std::string myId;
};
古典的なエンティティの例
新しいエンティティを実装するには、
このクラスを継承して以下のように使う
1 一意のIDを設定
2 更新処理をUpdateに実装
3 必要なら描画処理をDrawに実装
4 Register/Unregisterを使って自身の登録処理、
登録解除処理を行う
5 Findを使って他エンティティを検索

27. 古典的なエンティティの問題点
 継承によって機能追加を行うため、多重継承、菱形継承問題
が発生してしまう可能性が高い
 本来不要な機能までも継承してしまうため、本来必要のない
無駄な処理が行われてしまう可能性がある

28. 多重継承、菱形継承の例
Game Object
Movable Object
Collidable Object
Animation Object
Skeletal Object
CatDogHuman
Game Object
乗りもの 武器
戦車

29. is-a関係からhas-a関係へ
Game Object Component
Mesh Renderer
Transform
Rigid Body
Animation Controller
1 *

30. エンティティの更新処理
 更新処理は複数のステージに分ける事が一般的
 更新タイミングによっての分類
 アニメーション処理前の更新
 剛体物理処理後の更新
 処理方法による分類
 ジョブを使った並列更新
 他エンティティはRead参照のみ可
 単一スレッドによる逐次更新
 他エンティティをRead/Write参照可

31. 描画システム
 全エンティティから描画情報（メッシュなど）を収集
 更新・描画の並列化を行う場合ダブルバッファ化が必要
 収集した描画情報が描画対象となるかを判定
 各描画パス毎に描画コマンドを生成、GPUへKick
 ジョブが使用可能なら並列に描画コマンドを生成
 使用しなくなった描画リソースの生存管理
 リソースを保持するエンティティが破棄されても、GPU側
で使用中の可能性があるのでリソースは描画システムが管
理する

32. タイトル
オプション
ステージ１
ステージ２
ステージ３
エンディング
ゲームステート
スタート
 ゲーム全体を管理するステート
 ステージ管理ステートなどを持つ場合、
ゲームステート下に階層的に持つ
 各種イベントをここからトリガ
 ステートの内容をスクリプトで記述でき
るようにしたエンジンも多い

33. ゲームループ外の処理

34. ゲームループ外の処理とは、
描画と同期しなくない処理
 ファイルのロード処理
 各種リソースの初期化処理
 GPUリソースなどは、例外的にゲームループと同期する必
要がある
 サウンド処理
 ネットワーク処理

35. ファイルのロード処理
 ファイルをロードしている間ゲームループを止めるわけには
いかない為、通常非同期ロードが必要とされる
 デバッグ時を除き、通常ファイルは圧縮されているので解凍
処理も実行される
 解凍処理はジョブや非同期コンピュート（GPU）で実行
 解凍されたリソースはリソースマネージャへ登録、解決処理
などが実行される
 解決処理とは、名前などを用いて外部のリソースとの関
連付けを行う処理
 解決処理の例
 メッシュと頂点データとの解決
 マテリアルとシェーダとの解決

36. サウンド処理
 ゲームループが処理落ちしてしまった場合など、もしサウン
ドの更新がゲームループと同期しているとプチノイズ等が発
生してしまう
ネットワーク処理
 通信データの送受信は、その時々のトラフィック状態によっ
てレイテンシが大きく異なってしまうため、描画と同期する
わけにはいかない（ネットワークの遅延でゲームループが止
まってしまう）

37. まとめ
 ゲームエンジンの処理は複雑でよく分からないが、ゲームル
ープを追う事で全体的な流れを理解しやすくなる
 ゲームループはCPU、GPUの利用効率を上げることで大量の
エンティティを扱うことができるようになった反面、レイテ
ンシが犠牲になってしまった
 ゲームループの内で処理を行うか、または外で行うかの基準
は、主に描画と同期する必要があるかどうかで決まる

38. 更にゲームエンジンについて学ぶなら・・・

39. 絶賛発売中

40. 質問？