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unity-shader-bundle

★ 47 Open GitHub ↗

Shows how to use a 'common-bundle', to avoid shader compilations.

// repository documentation

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アセットバンドルとシェーダー
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モバイルプラットフォームにおいてアセットバンドルをヘビーに使用していると、次のような問題に遭遇することがあります。

- アセットバンドルのロード時に比較的長期間（数十msから数百ms程度）のブロッキングが発生する。

これには複数の原因が考えられますが、可能性のひとつとして「シェーダーのコンパイル」があげられます。

シェーダーのコンパイル
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OpenGL ES デバイスでは、シェーダーのコンパイルは実行時に行われます。このコンパイルは非常に負荷の高い処理です。シェーダーの内容や GPU ドライバ側のパフォーマンスにも左右されますが、多くのケースにおいて、描画スレッドを長時間ブロックする原因となります。

これを回避する目的で、Unity 4.1 以降にはシェーダーキャッシュという仕組みが実装されていますが、これが有効になるのは Android 4.x 以後の端末で、なおかつ GL_OES_get_program_binary 拡張が有効な場合に限られます（iOS は未だ GL_OES_get_program_binary 非対応のため、シェーダーキャッシュは無効になっています）。多くのデバイスにおいては、シェーダーキャッシュに頼らないかたちでの対策が必要とされます。

アセットバンドルに含まれるシェーダー
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例として、あるモデルデータをアセットバンドル化することを考えてみましょう。このモデルで使用されているマテリアルの中にカスタムシェーダーが含まれていたとします。この場合、アセットバンドルにはシェーダーが同梱されることになります。

![figs.001](https://raw.githubusercontent.com/keijiro/unity-shader-bundle/document/figs.001.png)

このアセットバンドルをロードするとき、シェーダーのコンパイルが発生します。複数のカスタムシェーダーを使用していた場合、この処理はかなりの負荷を発生することになります。動きがカクつく原因となるかもしれません。

複数のアセットバンドルを作成する場合
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次に、複数のモデルデータを個別にアセットバンドル化することを考えてみましょう。カスタムシェーダーは共通のものを使用していたとします。

![figs.002](https://raw.githubusercontent.com/keijiro/unity-shader-bundle/document/figs.002.png)

同じ内容のシェーダーを利用しているのだから、最初のアセットバンドルのロードで発生するコンパイル負荷さえ我慢して乗り切れば、あとは何とかなりそうです。

![figs.003](https://raw.githubusercontent.com/keijiro/unity-shader-bundle/document/figs.003.png)

しかし、残念なことに、そうはなりません。たとえシェーダーを共用していたとしても、アセットバンドルのロード毎に負荷が発生します。

![figs.004](https://raw.githubusercontent.com/keijiro/unity-shader-bundle/document/figs.004.png)

これは「同一のアセットでもバンドルが異なればユニークなものとして識別される」という Unity の仕様によるものです。たとえ同じ内容のシェーダーだとしても、含まれるアセットバンドルが異なっていれば、別々のものとして都度コンパイルが発生するのです。

共用アセットバンドルの作成
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この問題を解決するには「共用アセットバンドル」を作成する必要があります。BuildPipeline クラスに用意されている [PushAssetDependencies](http://docs.unity3d.com/Documentation/ScriptReference/BuildPipeline.PushAssetDependencies.html)/[PopAssetDependencies](http://docs.unity3d.com/Documentation/ScriptReference/BuildPipeline.PopAssetDependencies.html) を使って、アセットバンドル間に依存性を定義するのです。

![figs.005](https://raw.githubusercontent.com/keijiro/unity-shader-bundle/document/figs.005.png)

そして、アプリの起動時に共用アセットバンドルをロードし、シェーダーのウォームアップ (Shader.WarmupAllShaders) を済ませておきます。こうすれば、個々のモデルのアセットバンドルをロードする際に余計な負荷が発生する心配は無くなります。

検証（改良前）
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本リポジトリには複数の検証用プログラムが含まれています。実装の内容毎にブランチを分けておきました。

まずは、共用アセットバンドルを使わない例です。[tester1 ブランチ](https://github.com/keijiro/unity-shader-bundle/tree/tester1)に格納されています。このプログラムは９個のアセットバンドルを順にロードします。アセットバンドルの中身はシンプルな板きれモデルで、共通のシェーダーを使用しています。

![screenshot](https://raw.githubusercontent.com/keijiro/unity-shader-bundle/document/screenshot.png)

これらのアセットバンドルを構築するプログラムは [exporter1 ブランチ](https://github.com/keijiro/unity-shader-bundle/tree/exporter1)に格納されています。

このプログラムを iPhone 上で実行し、リモートプロファイラで接続してみたところ、下図のような結果になりました。

![test1](https://raw.githubusercontent.com/keijiro/unity-shader-bundle/document/test1.png)

アセットバンドルをロードするタイミングでスパイクが生じていることが分かります。Shader.Parse という関数が主な負荷となっているようです。

検証（改良後）
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このスパイクを改善すべく、シェーダーのみを格納した共用アセットバンドルを作成することにしました。改良後のアセットバンドル構築プログラムは [exporter2 ブランチ](https://github.com/keijiro/unity-shader-bundle/tree/exporter2)に格納されています。

これも同じくリモートプロファイラで検証してみました。なお、改良後のテストプログラムは [tester2 ブランチ](https://github.com/keijiro/unity-shader-bundle/tree/tester2)にあります。

![test2](https://raw.githubusercontent.com/keijiro/unity-shader-bundle/document/test2.png)

上図のように大きなスパイクは無くなっていることが分かります。もしこのモデルで複数のシェーダーを利用していたならば、この改良の効果はより大きなものとなるでしょう。

unity-shader-bundle

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