第2章　RenderGraphのUnsafePassを使うべき場面

2.1　はじめに

Unity 6では、Render Graphによるレンダリングパイプラインの構築時に、処理内容に応じてRasterRenderPass、ComputePass、UnsafePassを使い分けます。本章では、UnsafePassを使うべき場面を紹介します。

Render Graphには依存関係の解析やSubPassマージといった最適化があります。そのため、通常の描画にはRasterRenderPassを、Compute Shaderを使う処理にはComputePassを優先するのが基本です。

UnsafePassを選ぶべき場面は、主に次の4つです。

• RasterRenderPassやComputePassでは実現できない処理がある場合
• CommandBuffer自身が必要な場合
• Compatibility ModeからRender Graphへ素早く移行したい場合
• 1つの描画処理が多くマージできないPassで構成されている場合

最初の3つは、UnsafePassを使用しなければ実現できない、または実装コストが大きい場合です。最後の1つは、必須ではないものの、Passを1つのUnsafePassにまとめることでCPU負荷の低減とRender Graph Viewerの見通しの改善が見込める場合です。

これから、これらの場面を順に解説していきます。

2.2　UnsafePassを選ぶべき場面

UnsafePassはC#のunsafe機能を意味するものではありません。Render Graphによる一部の自動管理や検証を抑え、CommandBufferに近いAPIを利用できるようにしたPassです。

2.2.1　RasterRenderPassやComputePassでは実現できない処理がある場合

RasterRenderPassやComputePassで使用するRasterCommandBuffer／ComputeCommandBufferは、CommandBufferのうち各Passの役割に必要なAPIだけを公開したラッパーであり、以下のようなAPIは利用できません。

• SetRenderTarget：Load/Store Actionを指定しながらレンダーターゲット、MRT、ミップ、配列スライスを細かく指定する
• CopyTexture：ミップ、配列要素、矩形領域を指定してテクスチャをコピーする
• GenerateMips：レンダーターゲットのミップマップを生成する
• SetRandomWriteTarget/ClearRandomWriteTargets：ピクセルシェーダーのランダム書き込みターゲットを設定または解除する
• RequestAsyncReadback：GPUリソースの非同期読み戻し要求を記録する

これらのAPIは、UnsafePassのUnsafeCommandBufferで利用できます。さらに、CommandBufferHelpers.GetNativeCommandBufferでネイティブのCommandBufferを取得すれば、より高度なAPIも利用できるようになります。

2.2.2　CommandBuffer自身が必要な場合

エンジンのコールバック、IMGUI、SDKの描画処理など、外部コードがCommandBufferを受け取って任意のコマンドを記録する処理では、記録される内容が実行時まで分かりません。記録時点で処理内容を宣言するRasterRenderPassやComputePassには、このようなブラックボックス処理を組み込めません。UnsafePassでネイティブのCommandBufferを取得し、外部コードへ渡すことで、Render Graphに組み込めます。

2.2.3　Compatibility ModeからRender Graphへ素早く移行したい場合

Compatibility ModeでExecuteメソッドに記述していたCommandBufferの処理は、コマンド列をほぼそのままUnsafePassのSetRenderFunc内へ移せます。そのため、少ない工数でRender Graphへの移行と動作確認を進めたい場合に有効です。

ただし、これはあくまで素早く移行するための暫定的な手段です。時間を確保できる場合は、処理内容に応じてRasterRenderPassやComputePassへ分類して移植し、UnsafePassは宣言的なAPIで表現できない部分だけに限定することを推奨します。

2.2.4　多くマージできないPassで構成されている場合

連続してマージできないPassを1つのUnsafePassにまとめることでCPU負荷の低減とRender Graph Viewerの見通しを改善する効果があります。

典型的なケース

• Ping-pong方式のBlur
• BloomのMip Pyramid生成
• 複数回のダウンサンプルとアップサンプル
• 前の処理の出力を次の処理でサンプリングするフィルタ処理

これらの処理では、Pass毎に描画ターゲットを切り替えたり、直前Passの出力を周辺サンプリングしたりすることで、SubPassマージが成立しません。

UnsafePassにまとめるとCPU負荷が下がる

RasterRenderPassを1つ登録するたびに、次の処理が発生します。

• Passの登録とPassDataの準備
• UseTextureやSetRenderAttachmentによるリソース依存関係の登録
• Passの依存関係解析とマージ候補の確認
• Profilingスコープの開始と終了
• レンダーターゲットの設定と実行コールバックの呼び出し

RasterRenderPassが増えるほど、CPU側のコストも増加します。マージできないPassチェーンをRasterRenderPassとして登録しても、マージの恩恵を得られないまま、登録や管理のコストが積み重なります。一方、それらを1つのUnsafePassにまとめると、Render Graph上では1つのPassとして登録されます。描画コマンドやレンダーターゲット切り替えのコストは変わりませんが、Render GraphがPass単位で行う登録/管理のコストを削減できます（図2.1）。

図2.1: マージできないPassチェーンにおけるRender Graph上のPass数と描画回数

CPU負荷軽減効果の測定例

本プロジェクトで実施したEditor上の測定では、256×256のRender Textureに対する4-tapのPing-pong Blurについて、Blur処理ごとにRasterRenderPassを登録する方式と、1つのUnsafePass内で一連のBlur処理を実行する方式を比較しました。測定条件は、Apple M4 Max（macOS 26.5）、Unity 6000.3.19f1、URP 17.3です。各組み合わせで500フレームを採取し、切り替え後の60フレームを除外した中央値を使用しました。測定値は、Render Graphの記録、ハッシュ計算、コンパイル、実行に関するCPU markerの合計です。

測定値はEditor環境における傾向確認用の値です。Blur回数が増えるほど、RasterRenderPass方式とUnsafePass方式の差が拡大しています。線形近似では、両方式の傾きの差、すなわちRasterRenderPassの追加固定コストは1Passあたり約1.8µsでした。この値はEditorでの測定値であり、実機での絶対値を示すものではありませんが、Blur回数に応じてCPU負荷の差が増えることを確認できます。この効果は、Render Graphの記録、実行、Profilingスコープ、レンダーターゲット設定など、Pass単位の登録/管理コストが削減されることによるものです。描画コマンドに差がないので、UnsafePass化によって描画負荷が減るわけではありません。

Render Graph Viewerの見通しも改善する

RasterRenderPassを多く登録すると、Render Graph Viewerには登録した数だけPassが表示されます。グラフが横方向に長くなるため、機能ごとの区切りが見づらくなり、リソースの依存関係も把握しにくくなります（図2.2）。

図2.2: Blur処理ごとにRasterRenderPassを登録した場合のRender Graph Viewer表示

機能内部のPassチェーンを1つのUnsafePassにまとめると、Viewerでは機能全体を表す1つのPassとして確認できます（図2.3）。これにより、機能ごとの区切りが明確になり、リソースの依存関係も把握しやすくなります。

図2.3: 一連のBlur処理を1つのUnsafePassにまとめた場合のRender Graph Viewer表示

CPU負荷の削減に加えて、プロファイリング時のノイズを減らせる点も大きな利点です。

ただし、Render Graph Viewerの見通しを改善するためだけに、異なる機能の処理やSubPassマージが成立する処理を無理にUnsafePassにまとめることは推奨されません。

2.3　UnsafePass使用時の注意事項

2.3.1　レンダリングターゲットの設定

RasterRenderPassでは記録時にSetRenderAttachmentでレンダーターゲットを宣言しますが、UnsafePassでは実行時にSetRenderTargetを呼び出して設定します。

2.3.2　依存関係を宣言する

UnsafePassを使用してもRender Graphから完全に切り離されるわけではありません。使用するテクスチャは、必ずUseTextureで読み書きの依存関係を宣言する必要があります。宣言が不足すると、リソースのライフタイム管理や同期が正しく行われません。

RasterRenderPassでは、レンダーターゲットの使用はSetRenderAttachmentで宣言されますが、UnsafePassではSetRenderTargetの呼び出しだけでは依存関係が登録されません。レンダーターゲットも必ずUseTextureで読み書きの依存関係を宣言する必要があります。

2.3.3　Load/Store Actionの設定

RenderBufferLoadActionはレンダーターゲットを有効にするときの既存内容の扱い、RenderBufferStoreActionは描画完了後の結果の扱いを指定します。Tile-Based GPUでは、不要なLoadやStoreがタイルメモリとメインメモリの転送を増やすため、適切な設定が重要です。

RasterRenderPassでは、宣言したAccessFlagsをもとにRender GraphがLoad/Store Actionを自動的に決定します。一方、UnsafePassでSetRenderTarget(target)のようにActionを省略すると、既定動作であるLoad／Storeが適用され、不要なメモリ転送によって性能が低下する可能性があります。

そのため、UnsafePassではSetRenderTargetの呼び出し時に、必ずLoad/Store Actionを明示します。

• Load側：全画面を上書きするならDontCare、既存内容を読む場合だけLoad
• Store側：結果を後続の処理で読むならStore、どこからも使わない場合だけDontCare

2.4　コード例：Ping-pong BlurのマージできないPassチェーン

本節に実際のコード例を紹介します。なお、掲載するコードは要点を示すための抜粋であり、そのまま動作する完全なコードではありません。

2枚のテクスチャを交互に読み書きしながらBlurを連続して適用する例です。同じ処理をRasterRenderPassで実装した場合を示し、その後に1つのUnsafePassへまとめた場合を示します。descはBlur用のRender Texture記述子、blurMaterialはBlur用のマテリアルです。

2.4.1　RasterRenderPass方式：Blur処理ごとにPassを登録する

RasterRenderPass方式では、リスト2.1 のように、ループ内でBlur処理ごとにAddRasterRenderPassを呼び出します。各Passの入力と出力は明確に宣言できますが、Blur回数が増えるほどRender Graph上のPass数も増加します。

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class BlurRasterPassData
{
    internal TextureHandle source;
    internal TextureHandle target;
    internal Material material;
}

var ping = renderGraph.CreateTexture(desc);
var pong = renderGraph.CreateTexture(desc);
var current = resourceData.activeColorTexture;
var writePing = true;

for (var i = 0; i < blurIterations; i++)
{
    var target = writePing ? ping : pong;

    using (var builder = renderGraph.AddRasterRenderPass<BlurRasterPassData>(
        "Ping-pong Blur Raster", out var passData))
    {
        passData.source = current;
        passData.target = target;
        passData.material = blurMaterial;

        builder.UseTexture(passData.source, AccessFlags.Read);
        builder.SetRenderAttachment(passData.target, 0, AccessFlags.Write);
        builder.SetRenderFunc((BlurRasterPassData data, RasterGraphContext context) =>
        {
            Blitter.BlitTexture(
                context.cmd, data.source, new Vector4(1, 1, 0, 0),
                data.material, 0);
        });
    }

    current = target;
    writePing = !writePing;
}

2.4.2　UnsafePass方式：1つのPass内で一連の処理を実行する

UnsafePass方式では、リスト2.2 のように、Render Graphへの登録を1回にして、SetRenderFunc内でレンダーターゲットを切り替えます。Blur処理ごとの描画コマンドは残りますが、Pass単位の管理を1回にまとめられます。

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class PingPongBlurPassData
{
    internal TextureHandle source;
    internal TextureHandle ping;
    internal TextureHandle pong;
    internal int iterations;
    internal Material material;
}

var ping = renderGraph.CreateTexture(desc);
var pong = renderGraph.CreateTexture(desc);
var output = blurIterations == 0
    ? resourceData.activeColorTexture
    : blurIterations % 2 == 0 ? ping : pong;

using (var builder = renderGraph.AddUnsafePass<PingPongBlurPassData>(
    "Ping-pong Blur", out var passData))
{
    passData.source = resourceData.activeColorTexture;
    passData.ping = ping;
    passData.pong = pong;
    passData.iterations = blurIterations;
    passData.material = blurMaterial;

    builder.UseTexture(passData.source, AccessFlags.Read);
    builder.UseTexture(passData.ping, AccessFlags.ReadWrite);
    builder.UseTexture(passData.pong, AccessFlags.ReadWrite);
    builder.SetRenderFunc((PingPongBlurPassData data, UnsafeGraphContext context) =>
    {
        var cmd = CommandBufferHelpers.GetNativeCommandBuffer(context.cmd);
        var current = data.source;
        var next = data.pong;
        var alternate = data.ping;
        for (var i = 0; i < data.iterations; i++)
        {
            cmd.SetRenderTarget(
                next,
                RenderBufferLoadAction.DontCare,
                RenderBufferStoreAction.Store);
            Blitter.BlitTexture(
                cmd, current, new Vector4(1, 1, 0, 0),
                data.material, 0);

            current = next;
            (next, alternate) = (alternate, next);
        }
    });
}

2.5　まとめ

本章では、Render GraphでUnsafePassを使うべき場面と、使用時の注意事項を紹介しました。

UnsafePassを選ぶべき場面は次の4つです。

• RasterCommandBuffer/ComputeCommandBufferに公開されていないAPIが必要な場合
• 外部コードへ渡すCommandBufferそのものが必要な場合
• Compatibility ModeからRender Graphへ素早く移行したい場合
• マージできないPassチェーンを1つのPassにまとめたい場合

マージできないPassチェーンを1つのUnsafePassにまとめると、Pass単位の登録/管理コストが削減され、Render Graph Viewerの見通しも改善します。本プロジェクトのEditor上の測定（表2.1）では、RasterRenderPass1つあたり約1.8µsの固定コストを削減できました。ただし、描画コマンド自体は変わらないため、GPU負荷の削減を目的とした手法ではない点に注意が必要です。

一方で、UnsafePassはRender Graphによる自動管理や検証の一部を手放すPassでもあります。使用する際は、UseTextureによる依存関係の宣言と、SetRenderTargetでのLoad/Store Actionの明示を忘れないようにしてください。

基本はRasterRenderPassとComputePassを優先し、UnsafePassは宣言的なAPIで表現できない処理や、マージできないPassチェーンの整理に限定して使うことで、Render Graphの最適化とCommandBufferの自由度を両立できます。

2.6　参考資料

• Unity Manual - Use the CommandBuffer interface in a render graph (UnsafePass)
  https://docs.unity3d.com/6000.3/Documentation/Manual/urp/render-graph-unsafe-pass.html
• Unity Manual - Optimize a render graph
  https://docs.unity3d.com/6000.3/Documentation/Manual/urp/render-graph-optimize.html
• Unity Scripting API - CommandBuffer
  https://docs.unity3d.com/6000.3/Documentation/ScriptReference/Rendering.CommandBuffer.html
• Unity Scripting API - RenderBufferLoadAction
  https://docs.unity3d.com/6000.3/Documentation/ScriptReference/Rendering.RenderBufferLoadAction.html
• Unity Scripting API - RenderBufferStoreAction
  https://docs.unity3d.com/6000.3/Documentation/ScriptReference/Rendering.RenderBufferStoreAction.html