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Unity2D Graphics.DrawMeshInstanced 複数の画像

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前提・実現したいこと

Graphics.DrawMeshInstancedを使い、一つのマテリアルで複数の画像を描画したい。

該当のソースコード

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using System.Linq;

public class World_P : MonoBehaviour
{
    public Tile_P tile_P;
    public Tile_P tile_P2;

    public Material material;

    Mesh mesh;

    Matrix4x4[][] matrices;
    int count;

    int rows;
    int columns;

    public static World_P instance { get; private set; }

    private List<Vector2> posList = new List<Vector2>();

    void Awake()
    {
        instance = this;
    }

    private void Start()
    {
        CreateTiles();
        GenerateMesh();
    }

    public void CreateTiles()
    {
        tile_P = new Tile_P(Tile_P.Type.Tree);
        tile_P2 = new Tile_P(Tile_P.Type.Grass);
        for(var i = 0;i < 100; i++)
        {
            for(var j = 0;j < 100; j++)
            {
                Vector2 pos = new Vector2(i, j);
                posList.Add(pos);
            }
        }
    }

    public void GenerateMesh()
    {
        mesh = new Mesh();

        MeshData_P meshData = new MeshData_P(tile_P);
        mesh.vertices = meshData.vertices.ToArray();
        mesh.triangles = meshData.triangles.ToArray();
        mesh.uv = meshData.UVs.ToArray();

        mesh.RecalculateNormals();
        mesh.RecalculateBounds();

        rows = 100;
        columns = 100;

        count = rows * columns;
        var flatMatrices = new Matrix4x4[count];

        for (var i = 0; i < posList.Count; i++)
        {
            var index = i;

            var position = posList[i];

            var rotation = Quaternion.identity;

            var scale = Vector3.one;

            flatMatrices[index] = Matrix4x4.TRS(position, rotation, scale);
        }

        matrices = flatMatrices.Select((m, i) => (m, i / 1023))
            .GroupBy(t => t.Item2)
            .Select(g => g.Select(t => t.Item1).ToArray()).ToArray();
    }

    void Update()
    {
        foreach (var m in matrices)
        {
            Graphics.DrawMeshInstanced(mesh, 0, material, m);
        }
    }
}
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class MeshData_P
{
    public List<Vector3> vertices;
    public List<int> triangles;
    public List<Vector2> UVs;

    public MeshData_P(Tile_P data)
    {
        vertices = new List<Vector3>();
        triangles = new List<int>();
        UVs = new List<Vector2>();

        CreateSquare(data);
    }

    void CreateSquare(Tile_P tile_P)
    {
        vertices.Add(new Vector3(0,0));
        vertices.Add(new Vector3(1,0));
        vertices.Add(new Vector3(0,1));
        vertices.Add(new Vector3(1,1));

        triangles.Add(vertices.Count - 1);
        triangles.Add(vertices.Count - 3);
        triangles.Add(vertices.Count - 4);

        triangles.Add(vertices.Count - 2);
        triangles.Add(vertices.Count - 1);
        triangles.Add(vertices.Count - 4);

        UVs.AddRange(SpriteLoader_P.instance.GetTileUVs(tile_P));
    }
}
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class SpriteLoader_P : MonoBehaviour
{
    public static SpriteLoader_P instance;

    Dictionary<string, Vector2[]> tileUVMap;

    void Awake()
    {
        instance = this;

        tileUVMap = new Dictionary<string, Vector2[]>();

        Sprite[] sprites = Resources.LoadAll<Sprite>("Plants");

        float imageWidth = 0f;
        float imageHeight = 0f;

        foreach(Sprite s in sprites)
        {
            if(s.rect.x + s.rect.width > imageWidth)
            {
                imageWidth = s.rect.x + s.rect.width;
            }

            if(s.rect.y + s.rect.height > imageHeight)
            {
                imageHeight = s.rect.y + s.rect.height;
            }
        }

        foreach(Sprite s in sprites)
        {
            Vector2[] uvs = new Vector2[4];

            uvs[0] = new Vector2(s.rect.x / imageWidth, s.rect.y / imageHeight);
            uvs[1] = new Vector2((s.rect.x + s.rect.width) / imageWidth, s.rect.y / imageHeight);
            uvs[2] = new Vector2(s.rect.x / imageWidth, (s.rect.y + s.rect.height) / imageHeight);
            uvs[3] = new Vector2((s.rect.x + s.rect.width) / imageWidth, (s.rect.y + s.rect.height) / imageHeight);

            tileUVMap.Add(s.name, uvs);
        }
    }

    public Vector2[] GetTileUVs(Tile_P tile_P)
    {
        string key = tile_P.type.ToString();

        if(tileUVMap.ContainsKey(key) == true)
        {
            return tileUVMap[key];
        }
        else
        {
            Debug.Log("There is no UV map for tile type : " + key);
            return tileUVMap["Void"];
        }
    }
}
using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;

public class Tile_P
{
    public enum Type { Tree,Grass,Void }
    public Type type;

    public Tile_P(Type type)
    {
        this.type = type;
    }
}

試したこと

Multipleな画像をマテリアルに適応し、World.csで指定することで描画出来るように書きましたが、二種類以上の画像を描画することが出来ません。出来るのは一種類のみです。
Graphics.DrawMeshInstancedを一度だけ使用し、一つのマテリアルで複数の画像を描画出来るように試行錯誤しましたが、どうしても出来なかったため質問しました。

使用した画像↓

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回答 1

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GPUインスタンシングを使って描画するとなると、下記のようなやり方はどうでしょうか?

  • World_PmaterialはUnity組み込みのシェーダーではなく独自シェーダーを使ったものにする
  • 個々のインスタンス(つまり各タイル)ごとに持たせる情報として、描くべき絵の左下隅のUV座標を用意する
  • メッシュのUVsは左下隅が(0, 0)になるよう移動しておいて、実際に使うUV座標はシェーダー内で算出する

World_Pを下記のように変更してみました。Tile_PMeshData_PSpriteLoader_Pには変更を加えていません。
CreateTiles内でタイルの種類を選び、GenerateMesh内でタイルの種類に応じたUV座標を取得し、その左下隅座標だけを集めて配列化し、Update内での描画の際に使用することにしました。

using System.Collections;
using System.Collections.Generic;
using UnityEngine;
using System.Linq;

public class World_P : MonoBehaviour
{
    public Material material;

    Mesh mesh;

    // matricesに加えてUVオフセット配列も用意する
    Matrix4x4[][] matrices;
    Vector4[][] uvOffsets;
    int count;

    int rows;
    int columns;

    public static World_P instance { get; private set; }

    // posListに加え、各位置に割り当てられたタイルを格納するListを追加
    private List<Vector2> posList = new List<Vector2>();
    private List<Tile_P> tileList = new List<Tile_P>();

    // マテリアルへのデータ投入用のMaterialPropertyBlockを追加
    private MaterialPropertyBlock materialProperties;

    // プロパティアクセス用の識別番号を追加
    private static readonly int UvOffsetProperty = Shader.PropertyToID("_UvOffset");

    void Awake()
    {
        instance = this;
    }

    private void Start()
    {
        CreateTiles();
        GenerateMesh();
    }

    public void CreateTiles()
    {
        var tileTree = new Tile_P(Tile_P.Type.Tree);
        var tileGrass = new Tile_P(Tile_P.Type.Grass);
        var tileVoid = new Tile_P(Tile_P.Type.Void);

        for(var i = 0;i < 100; i++)
        {
            for(var j = 0;j < 100; j++)
            {
                Vector2 pos = new Vector2(i, j);
                posList.Add(pos);

                // とりあえずタイルの連番が13の倍数なら木、7の倍数なら草、それ以外ならVoidとしました
                // 実際には背景の地形に基づいて適切なタイルを選択するべきかと思います
                var index = (i * 100) + j;
                if ((index % 13) == 0)
                {
                    tileList.Add(tileTree);
                }
                else if ((index % 7) == 0)
                {
                    tileList.Add(tileGrass);
                }
                else
                {
                    tileList.Add(tileVoid);
                }
            }
        }
    }

    public void GenerateMesh()
    {
        mesh = new Mesh();

        MeshData_P meshData = new MeshData_P(new Tile_P(Tile_P.Type.Void));

        // メッシュのUVは原点に移動させておく
        var offset = meshData.UVs[0];
        meshData.UVs = meshData.UVs.Select(uv => uv - offset).ToList();

        mesh.vertices = meshData.vertices.ToArray();
        mesh.triangles = meshData.triangles.ToArray();
        mesh.uv = meshData.UVs.ToArray();

        mesh.RecalculateNormals();
        mesh.RecalculateBounds();

        rows = 100;
        columns = 100;

        count = rows * columns;

        // flatMatricesを配列からListに変更
        var flatMatrices = new List<Matrix4x4>();

        // UVオフセット格納用のListを追加
        var flatUvOffsets = new List<Vector4>();

        // UVオフセットの再計算を省略するためのDictionary
        var uvOffsetsForTile = new Dictionary<Tile_P.Type, Vector2>();

        for (var i = 0; i < posList.Count; i++)
        {
            // まずタイルを調べ...
            var tile = tileList[i];

            // Voidならこの位置にタイルの描画は不要なのでスキップする
            if (tile.type == Tile_P.Type.Void)
            {
                continue;
            }

            // タイルのタイプに対応するUVオフセットが計算済みならそれを取得
            if (!uvOffsetsForTile.TryGetValue(tile.type, out var uvOffset))
            {
                // 未計算なら計算してuvOffsetsForTileに追加
                uvOffset = new MeshData_P(new Tile_P(tile.type)).UVs[0];
                uvOffsetsForTile.Add(tile.type, uvOffset);
            }

            var position = posList[i];
            var rotation = Quaternion.identity;
            var scale = Vector3.one;

            // モデル行列とUVオフセットをそれぞれListに追加
            flatMatrices.Add(Matrix4x4.TRS(position, rotation, scale));
            flatUvOffsets.Add(uvOffset);
        }

        matrices = flatMatrices.Select((m, i) => (m, i / 1023))
            .GroupBy(t => t.Item2)
            .Select(g => g.Select(t => t.Item1).ToArray()).ToArray();

        // matrices同様にuvOffsetsも1023個ごとに切り分ける
        uvOffsets = flatUvOffsets.Select((m, i) => (m, i / 1023))
            .GroupBy(t => t.Item2)
            .Select(g => g.Select(t => t.Item1).ToArray()).ToArray();
    }

    void Update()
    {
        if (materialProperties == null)
        {
            materialProperties = new MaterialPropertyBlock();
        }

        var groupCount = matrices.Length;

        for (var i = 0; i < groupCount; i++)
        {
            var m = matrices[i];
            var o = uvOffsets[i];

            // プロパティブロックにUVオフセットデータを投入し、DrawMeshInstancedの引数として渡す
            materialProperties.SetVectorArray(UvOffsetProperty, o);
            Graphics.DrawMeshInstanced(mesh, 0, material, m, m.Length, materialProperties);
        }
    }
}

materialにセットするマテリアル用のシェーダーとして下記を作成しました。
デフォルトのUnlitシェーダーをベースに半透明描画用の設定を行い、インスタンシング描画用のマクロ類を仕込みました。
vert内でインスタンスごとのUV左下隅座標を取得して、それをメッシュのUVに加算したものを最終的なUVとしています。

Shader "Unlit/Plant"
{
    Properties
    {
        _MainTex ("Texture", 2D) = "white" {}
    }
    SubShader
    {
        // アルファチャンネルを持つ草木を背景の上に描画することを想定したため
        // 半透明描画向けに設定しました
        Tags { "Queue"="Transparent" "RenderType"="Transparent" }

        Cull Off
        ZTest Always
        ZWrite Off
        Blend SrcAlpha OneMinusSrcAlpha

        Pass
        {
            CGPROGRAM
            #pragma vertex vert
            #pragma fragment frag
            #pragma multi_compile_instancing

            #include "UnityCG.cginc"

            struct appdata
            {
                float4 vertex : POSITION;
                float2 uv : TEXCOORD0;
                UNITY_VERTEX_INPUT_INSTANCE_ID
            };

            struct v2f
            {
                float2 uv : TEXCOORD0;
                float4 vertex : SV_POSITION;
            };

            sampler2D _MainTex;
            float4 _MainTex_ST;

            // インスタンスごとのプロパティとして_UvOffsetを定義し
            // これを変化させることで表示する絵を選択することにする
            UNITY_INSTANCING_BUFFER_START(Props)
                UNITY_DEFINE_INSTANCED_PROP(float2, _UvOffset)
            UNITY_INSTANCING_BUFFER_END(Props)

            v2f vert (appdata v)
            {
                v2f o;
                UNITY_SETUP_INSTANCE_ID(v)
                o.vertex = UnityObjectToClipPos(v.vertex);

                // v.uvを_UvOffsetだけずらす
                o.uv = TRANSFORM_TEX(v.uv + UNITY_ACCESS_INSTANCED_PROP(Props, _UvOffset), _MainTex);

                return o;
            }

            fixed4 frag (v2f i) : SV_Target
            { 
                return tex2D(_MainTex, i.uv);
            }
            ENDCG
        }
    }
}

描画結果は下図のようになりました。背景は以前のご質問の折に作成したノイズ地形を使っています。

結果

とりあえずの実験ということで草と木を適当に並べましたが、実際にはもっとそれらしく配置してやる必要があるでしょう。
背景のノイズマップを取得して高度に応じた植物を選択したり(水面から草や木が生えるのはいまいちですしね...)、追加のパーリンノイズをもとに分布を不均一にしたりと、いろいろ工夫できる余地がありそうです。

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  • 2019/04/27 22:26

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