応答性が高く起動の速いカメラアプリの構築

応答性が高く起動の速いカメラアプリの構築

完璧なショットを逃すことがないよう迅速に起動できるカメラアプリを構築する方法を紹介します。アプリの起動から最初のプレビュー表示までに至るカメラ起動のシーケンス全体を最適化する方法を確認します。起動を高速化する新しいAPIや、プレビューのスムーズなレンダリングと持続的なパフォーマンス維持のためのベストプラクティスについて学び、アプリのカメラ体験を洗練させましょう。

関連する章
- 0:00 - Introduction
- 2:02 - Fast Launch
- 6:52 - Adopt deferred start
- 15:06 - Steady preview
- 18:04 - Sustained performance
- 21:14 - Deterministic file writing
リソース
関連ビデオ

WWDC26
- 高解像度の写真キャプチャの実装
WWDC23
- より応答性の高いカメラ体験の実現
こんにちは Jakeです Camera Performance Teamのエンジニアです「起動の速いレスポンシブなカメラアプリの構築」へようこそ起動が遅いとすぐに気づかれますネイティブのカメラアプリを長年最適化してきた経験から最も重要な要素が1つあると学びましたカメラの起動を速く感じさせるにはプレビューフレームが画面に表示されるまでの速さが鍵です
ドミノの素敵な写真を撮りたいのですがカメラアプリの起動を忘れていましたドミノが倒れ始める前に中央に赤いドミノを置いたので素早く起動してキャプチャする必要があります赤いドミノが倒れる直前の瞬間を
アプリの起動中プレビューが表示されない時間がありますプレビューの表示が始まる頃には赤いドミノが倒れる瞬間を既に逃してしまっていますアプリの起動直後にプレビューが表示されることで素早いアクションショットを撮影できます大事な瞬間を見逃しませんパフォーマンスを重視したカメラアプリの構築をお手伝いしますこのビデオではパフォーマンス向上の 4つのメインテーマを取り上げますまずカメラの起動体験を高速化する方法を説明しますプレビューがスムーズに起動するようにします
次にプレビューレンダリングのベストプラクティスを説明しますフレームドロップを防ぎます
3つ目はパフォーマンスの維持に役立つAPIについてです過酷な環境下でも有効です
最後に新しいAPIを紹介します決定論的なファイル書き込みパフォーマンスを提供するために設計された高データレートのビデオキャプチャ向けですまず高速起動から始めましょう
カメラアプリの起動シーケンスには 4つのステージがありますまずアプリが起動しますリンカがバイナリをロードし静的イニシャライザを実行するまでの時間です UISceneを作成しキャプチャセッション作成前にアプリが行うその他の処理が含まれます
次にセッションが設定されて開始されます
キャプチャセッションの初期化と設定のコミットにはセッションの開始まで時間とシステムリソースが必要です
3つ目はセッション開始後にすべてのAVCaptureOutputオブジェクトが初期化されますこの時間は出力数と品質設定によって異なります
最後にプレビューのストリーミングが始まりフレームがアプリに流れ始めます各ステージの具体的な最適化を順を追って説明しますアプリのUIはカメラの起動体験に重要な役割を果たします起動フローを設計する際は作業を2つのフェーズに分けます起動とプレビュー表示に必要なリソースとプレビュー起動後に作成できるリソースです
例えば AVFoundationのクラシックなサンプルカメラアプリであるAVCamを見てみましょうカメラプレビューシャッターボタンなどいくつかのUI要素がありますイメージウェルとモードピッカーもありますカメラプレビューは最も重要なUI要素ですアプリを起動した瞬間にカメラがすぐ使えると感じさせる要素だからですイメージウェルとモードピッカーはプレビュー前には不要ですこの処理はプレビュー開始後に行うべきです UI要素だけが起動時間に影響するわけではありませんプレビューのレンダリング前に作成されたリソースはすべて起動時間に影響します AVCamにこの2フェーズを適用し起動時にシャッターボタンとプレビューを作成し起動完了後に残りのUI要素をフェードインしますアプリが起動時間に与える影響が減ったので AVCaptureSessionと関連オブジェクトが次のステージに与える影響を見ていきますセッション設定です
AVCaptureSessionの設定と起動には多くのシステムリソースとアロケーションが必要でアプリの起動に直接影響します
通常のAVCaptureSessionは AVCaptureDeviceInputで構成されます通常はカメラまたはマイクロフォンです AVCaptureConnectionはキャプチャデバイスを出力に接続しますこの例ではプレビュー用とキャプチャ用の2つの出力が必要です AVCaptureVideoPreviewLayerはプレビュー表示用の出力です AVCapturePhotoOutputは画像キャプチャ用の出力ですこれらのオブジェクトが連携してアプリのカメラ体験を実現します
AVCaptureSessionはすべてのキャプチャオブジェクトを調整するためメインスレッドのUIセットアップが完了したらすぐに最初に作成します
AVCaptureSessionの作成はメインスレッドをブロックしますハングを避けるには UI初期化と並行して作成します起動時にプレビューを表示する場合 AVCaptureSessionの作成をメインスレッド外にディスパッチしますこれによりセッションのセットアップがバックグラウンドで実行されアプリのUISceneが作成されている間も続けられます
複数の設定をコミットすると起動時間が長くなります長い再設定を避けるため最初に1つの設定をコミットします起動中に行います AVCaptureSessionのstartRunningと stopRunningはブロッキング呼び出しですメインスレッドで呼び出すとアプリがハングします次はカメラ起動で最も負荷の高い部分を説明します AVCaptureOutputの初期化です
AVCaptureOutputの初期化は起動を著しく遅くしますプレビュー表示にはプレビューレイヤーか出力が1つあれば十分です MovieFileOutputやPhotoOutputはプレビューには不要です出力の初期化時間を減らすには Deferred start APIを採用します iOS 26以降で利用できます Deferred startを使うと起動完了まで出力の初期化を先送りできますこの起動シーケンスではすべてのAVCaptureOutputが初期化されます最初のプレビューフレームが表示される前に
Deferred startのアイデアは不要な出力の処理をプレビュー開始後まで先送りにすることです Deferred startを使うと起動シーケンスが変わりますアプリが起動しセッションを設定して開始します最初のフレーム表示前にプレビュー出力だけが初期化されますシステムは条件が整い次第自動的に遅延初期化を実行するかアプリからのシグナルを待ちます
すべてのAVCaptureOutputと AVCaptureVideoPreviewLayerは isDeferredStartEnabledプロパティを持っています trueに設定するとその出力が遅延されます起動を最適化するにはプレビュー用以外のすべての出力を遅延します
Deferred startの実行タイミングを指定する方法は2つあります自動起動と手動起動です iOS 26以降のSDKに対して再コンパイルされたアプリはデフォルトで自動モードを使用しますこのモードでは automaticallyRunsDeferredStart プロパティがtrueに設定されます自動モードでは初期化に最適なタイミングをシステムが選択します遅延された出力のこれはデバイスにプレビューが表示された直後に行われます
セッションは2つのデリゲートコールバックを送信します Deferred startの開始と終了をアプリに通知します SessionWillRunDeferredStartは出力の初期化が始まる前に発火します SessionDidRunDeferredStartは完了後に発火します採用方法を説明します
まずデリゲートコールバックを処理するクラスを作成します Deferred start APIのコールバックです
SessionWillRunDeferredStartは Deferred start開始前に呼び出されますアプリが必要とするバックグラウンドリソースを作成するのに適したタイミングです
SessionDidRunDeferredStartは Deferred start完了後に呼び出されますこの時点ですべてのキャプチャ出力が初期化され使用準備が整います captureSessionに Deferred startを追加します設定中に automaticallyRunsDeferredStart をtrueに設定します AVCaptureSessionに iOS 26以降のSDKで再コンパイルした場合これは自動的にtrueに設定されます次に起動に不要なすべての出力で Deferred startを有効にしますここではフォトキャプチャ出力を遅延してビデオプレビューレイヤーを使用しますプレビューのレンダリングに
次にデリゲートコールバッククラスを先ほど作成したものをキャプチャセッションにアタッチします
セッションの設定が完了したので設定をコミットして startRunningを呼び出します
より細かい制御が必要なアプリには Deferred start APIに runDeferredStartWhenNeededを使った手動モードも用意されています手動モードでは Deferred startを開始するタイミングをアプリがシステムに伝えます設定の読み込みやUIのセットアップを行いたいアプリに便利です重い初期化が始まる前にまたはVideoDataOutputを使ってプレビューをレンダリングするアプリにもこのビデオの後半で詳しく説明します
手動モードではシーケンスが変わります
アプリが起動処理を完了したら重要でないリソースの作成後 runDeferredStartWhenNeededを呼び出しますキャプチャセッションで Deferred startを実行できるとシステムに伝えます手動モードを使うには automaticallyRunsDeferredStartを AVCaptureSessionでfalseに設定しますこの例では自分でプレビューをレンダリングします AVCaptureVideoDataOutputを使ってこの出力ではDeferred startを無効にします残りのコードは前の例と同じにします次に遅延した出力でDeferred startをいつ実行するか決める必要がありますそのため最初のフレームが表示されたかどうかを追跡します
ここではCAMetalLayerを使っています最初のフレームが表示されたら重要でないUI要素をセットアップして遅延した出力のDeferred startを実行するようAVCaptureSessionに伝えます最初のフレーム表示後は特別な処理は不要です
Deferred startで起動が速くなることを確認するためラボでライトボードを設置しましたプレビューのLEDパターンの位置の違いを比較することが目的です右側のスマートフォンは Deferred startが有効で左側は無効です赤と緑のLEDが両方画面にあるパターンをキャプチャしたいです
一方のデバイスが正常にプレビューを表示した瞬間のスクリーンショットです右側のDeferred start対応スマートフォンは広がるパターンを鮮明にキャプチャできています
Deferred startなしのスマートフォンが起動を完了する頃には緑のLEDがほぼ消えており明確な分離が見られません
両方のスマートフォンで起動シーケンスの時間も計測しました Deferred startなしではアプリの起動に1秒近くかかりました
Deferred startを使うと起動時間が半分になりました 2倍の高速起動です起動時間において大きな前進ですプレビューがかつてないほど速く表示されます複雑なキャプチャセッションではさらに大きな改善が期待できます
AVCapturePhotoOutputの遅延には注意点がありますプレビューははるかに速く開始しますが最初のキャプチャまでの時間は変わりませんフォト出力が遅延されているためシステムはその初期化を完了する必要がありますキャプチャを開始する前にプレビューはすぐに表示されますがシャッターチャンスを逃す可能性がありますこの問題を解決するには isResponsiveCaptureEnabledをtrueに設定します AVCapturePhotoOutputでこのプロパティはキャプチャ開始から処理開始までの間にバッファリングを追加しフォト出力が完全に準備できていなくても瞬間を捉えられるようになります緑のスマートフォンは Deferred startと組み合わせてレスポンシブキャプチャを有効にしていますドミノが倒れる中素早く起動して写真を撮ります
緑のスマートフォンでドミノの完璧なショットが撮れましたが紫のスマートフォンは瞬間を逃しました
レスポンシブキャプチャの使い方の詳細は素晴らしい高解像度の画像をキャプチャする方法は WWDC26の「Implement high resolution photo capture」をご覧ください
プレビューが起動したら安定したフレームレートを維持することが重要ですそうでないとカメラが遅延しているように感じます次にプレビューのレンダリングのベストプラクティスを紹介します
先ほどのセッションアーキテクチャに戻りますプレビューをレンダリングする最も簡単な方法は AVCaptureVideoPreviewLayerですカメラが見ているものをそのまま表示しますアプリのUIに直接 AVCaptureVideoPreviewLayerはプレビューのレンダリングに最適化されていますアプリ内でビデオフレームを処理する必要はありません AVCaptureVideoPreviewLayerが自動的に処理し複雑な状況にも対応します HDRトーンマッピングなどです CPUとGPUのオーバーヘッドも抑えられ電力を節約しUIに余裕をもたらします低レイテンシプレビューに調整されているのでカメラが捉えたものをアプリがほぼ遅延なく表示しますシンプルさと引き換えに AVCaptureVideoPreviewLayerではフレームごとのアクセスはできませんプレビューレンダリングをより細かく制御したいアプリには AVCaptureVideoDataOutputが適しています AVCaptureVideoDataOutputは AVCaptureVideoPreviewLayerの代わりにセッションアーキテクチャ内でデバイスにフレームを表示するための主要な出力となります
AVCaptureVideoDataOutputはプレビューのフローをより細かく制御できますアプリが個々のフレームを処理できます各フレームにカスタムUIオーバーレイを適用することもできます
フレームごとの処理により Metalとの統合も容易になりますフレームデータの分析にも役立ちますカメラフィードを表示するだけなら AVCaptureVideoPreviewLayerを使います AVCaptureVideoPreviewLayerを使うアプリは iOS 26以降に再コンパイルすると自動的にDeferred startが有効になります
フレームごとの処理が優先される場合は AVCaptureVideoDataOutputを使います AVCaptureVideoDataOutputでは Deferred startは自動的に適用されません同じ起動効果を得るには手動のDeferred startを採用しますプレビューをレンダリングする際はフレームごとの処理を短くしますフレームドロップを防ぎ体験をスムーズに保ちます
デバイスが熱くなるとパフォーマンスの維持が難しくなりますシステムが適応するためスロットリングが発生しますセッションのパフォーマンスを監視して持続可能な体験のためにシステム状態に適応します次にパフォーマンスの監視とシステム状態への適応を可能にするAPIを説明しますシステム状態に適応するAPIです先ほどのアーキテクチャに戻るとキャプチャセッションがありますフォト出力とプレビューレイヤーです
これは基本的な構成ですがアプリがカメラや入力デバイスを追加すると複雑になります複雑さが増します
複雑さが増すにつれパフォーマンスコストも増加しますキャプチャセッションのコストを把握することで持続可能な体験を設計できます hardwareCost APIは 0から1の値を返しますセッションのハードウェアのうち使用中の割合を示します 1を超えた場合その設定はシステムが対応できないことを意味しますこのコストに寄与する要素がいくつかあります使用しているカメラの数 1080pや4KなどのソースデバイスのActiveフォーマットソースデバイスのフォーマットのフレームレート hardwareCostはフォーマットの最大フレームレートを前提とします低いフレームレートで動作している場合は 60fpsではなく30fpsの場合はフレームレートオーバーライドプロパティを使ってコストを削減します最後にビニングフォーマットの使用ですビニングフォーマットはピクセルをグループ化するためハードウェア帯域幅の消費が少ないです
systemPressureCost APIも 0から1の値を返しますセッションの現在の設定コストを表します 1を超えるとその設定は持続不可能です現在のシステム状態に適応するには AVCaptureDeviceの systemPressureStateプロパティを監視しますシステムプレッシャー状態が高くなったらキャプチャデバイスのフレームレートを下げるか GPUやApple Neural Engineの使用を抑制するか UIの処理を最小化します hardwareCostとsystemPressureState APIは初期セッション設定後に使用します
設定コミット後に hardwareCostがデバイスの性能を超えていないか確認します
hardwareCostが1以下になったら AVCaptureDeviceの systemPressureStateを観察して状態変化のハンドラを登録しますこのハンドラを使って説明したテクニックで適応しますビデオキャプチャもパフォーマンスの影響を受けやすいですデバイスがプレッシャー状態に入ったときに従来のファイルシステムの入出力は可変的ですシステムが競合する操作を調整しているためですメモリのフラグメンテーションやデバイスストレージの消耗もありますつまりファイルの入出力動作は非決定論的です ProResなどの高データレートビデオキャプチャはフレームドロップなしに録画するために持続的な高帯域幅入出力が必要ですこの課題への対応として iOS 27の新機能AVProVideoStorageを使いますこのクラスは事前割り当てされたストレージを追跡・管理します高データレートビデオキャプチャ用のすべてのアプリが共有するシステム全体のリソースです
AVProVideoStorageは既存のムービー録画APIと連携します
アプリはusesProVideoStorageを設定することでオプトインします AVCaptureMovieFileOutput またはAVAssetWriterに設定します AVCaptureVideoDataOutputを使ってコンテンツを録画する場合です
システムがアロケーションとファイルの入出力を処理することで高データレートコーデックの書き込みパフォーマンスが一定に保たれますカメラの設定が更新され割り当てるストレージ量を制御できるようになりました remainingCapacityメソッドは残りのストレージ量を報告します録画中はその値が減少し録画が止まると減少が停止します
openSettingsメソッドを使うとアプリから設定UIへ移動できます
AVProVideoStorageを使うにはまずストレージがサポートされているか確認します
AVProVideoStorageはシングルトンなので sharedメソッドを使ってこのオブジェクトのインスタンスを取得します
次に MovieFileOutput AVCaptureSession AVCaptureConnectionsを作成して録画フォーマットを選択します
AVCaptureMovieFileOutputの新しい isProVideoStorageSupportedメソッドを使って互換性を確認します
録画前にストレージがサイズ変更中かファイルの作成・削除リクエストを処理中でないことを確認します最後に MovieFileOutputでProVideoStorageを有効にして録画を開始しますキャプチャ中録画は事前割り当てされたストレージに書き込まれキャプチャ完了後に指定した場所に移動されます
この機能はAVAssetWriterともうまく連携します
起動最適化の方法プレビューのレンダリングのベストプラクティス持続的なパフォーマンスのためのAPI そしてProResキャプチャの決定論的なファイル書き込み速度の実現を説明しました高品質なフォト出力と組み合わせて Deferred startを採用してください起動を速く保ちながら美しい画質も実現できますカメラアプリの他の部分でもパフォーマンスを分析してください InstrumentsとXcodeを使ってパフォーマンスの問題を測定・特定し修正します開発中はデスクや管理された環境にいることが多いですが実際にはユーザーは実際の環境でアプリを使うことを忘れないでください管理された環境での開発と実際の世界でアプリを使いますあらゆる状況でパフォーマンスをテスト・測定してください暑い晴れの日でも最後に WWDC23の「Create a more responsive camera experience」と WWDC26の「Implement high resolution photo capture」をご覧くださいキャプチャのレスポンシブ性をアプリに組み込む方法が学べます
パフォーマンスは単なる機能ではなく優れたカメラ体験の基盤となるものです最適化を続け撮影を楽しんでくださいご視聴ありがとうございました

9:14 - Automatic deferred start delegate

import AVFoundation

class DeferredStartDelegate: NSObject, AVCaptureSessionDeferredStartDelegate {
    func sessionWillRunDeferredStart(_ session: AVCaptureSession)
    {
        // This is called before deferred start begins for the deferred outputs
    }

    func sessionDidRunDeferredStart(_ session: AVCaptureSession)
    {
        // This is called after deferred start completes for all outputs
    }
}

9:46 - Adopt automatic deferred start

import AVFoundation

let captureSession = AVCaptureSession()
captureSession.beginConfiguration()
captureSession.automaticallyRunsDeferredStart = true

let videoPreviewLayer = AVCaptureVideoPreviewLayer(session: captureSession)
videoPreviewLayer.isDeferredStartEnabled = false

let photoOutput = AVCapturePhotoOutput()
photoOutput.isDeferredStartEnabled = true
captureSession.addOutput(photoOutput)

captureSession.setDeferredStartDelegate(deferredStartDelegate, deferredStartDelegateCallbackQueue: sessionQueue)

captureSession.commitConfiguration()
captureSession.startRunning()

11:30 - Adopt manual deferred start

import AVFoundation

let captureSession = AVCaptureSession()
captureSession.beginConfiguration()
captureSession.automaticallyRunsDeferredStart = false

let videoOutput = AVCaptureVideoDataOutput()
captureSession.addOutput(videoOutput)
videoOutput.isDeferredStartEnabled = false

let photoOutput = AVCapturePhotoOutput()
photoOutput.isDeferredStartEnabled = true
captureSession.addOutput(photoOutput)

captureSession.setDeferredStartDelegate(deferredStartDelegate, deferredStartDelegateCallbackQueue: sessionQueue)

captureSession.commitConfiguration()
captureSession.startRunning()

11:53 - Manage runDeferredStartWhenNeeded

import AVFoundation
import QuartzCore

private var firstFramePresented = false
guard let drawable = layer.nextDrawable()
if (!firstFramePresented) {
    drawable.addPresentedHandler({ drawable in
        // Set up postponed UI elements
        captureSession.runDeferredStartWhenNeeded()
    })
    firstFramePresented = true
}

14:07 - Enable responsive capture

import AVFoundation

func configurePhotoOutput(for session: AVCaptureSession, device: AVCaptureDevice) {
    let photoOutput = AVCapturePhotoOutput()

    guard session.canAddOutput(photoOutput) else { return }
    session.addOutput(photoOutput)

    photoOutput.maxPhotoQualityPrioritization = .quality
    // Responsive capture lets the photo output capture immediately
    photoOutput.isResponsiveCaptureEnabled = photoOutput.isResponsiveCaptureSupported
}

20:16 - Monitor for system pressure

import AVFoundation

let captureSession = AVCaptureSession()
let device = activeVideoInput?.device
captureSession.beginConfiguration()
// ...
captureSession.commitConfiguration()

guard captureSession.hardwareCost <= 1.0 else {
    print("hardwareCost \(captureSession.hardwareCost) — cannot start session. Reconfiguring.")
    setupLowCostConfiguration()
}

captureSession.startRunning()
let systemPressureObserver = device?.observe(\.systemPressureState,
                                               options: [.initial, .new],
                                               changeHandler: { /* Handle state change */ })

22:17 - Manage pro video storage

import AVFoundation

func configureProVideoStorage() {
    guard AVProVideoStorage.isSupported else { return }
    let storage = AVProVideoStorage.shared
    guard storage.remainingCapacity != 0 else {
        storage.openSettings()
        return
    }
}

22:43 - Adopt AVProVideoStorage for deterministic file write speeds

import AVFoundation

guard AVProVideoStorage.isSupported else { return }
guard let pvs = AVProVideoStorage.shared else { return }

// Configure and set up AVCaptureSession, AVCaptureConnections and format
// ...
let movieOutput = AVCaptureMovieFileOutput()

guard movieOutput.isProVideoStorageSupported else { return }
guard !pvs.isBusy else { return }

let movieFileURL = FileManager.default.temporaryDirectory
            .appendingPathComponent(UUID().uuidString)
            .appendingPathExtension("mov")

movieOutput.usesProVideoStorage = true // Also available with AVAssetWriter
movieOutput.startRecording(to: movieFileURL, recordingDelegate: delegate)

- 0:00 - Introduction
- Why a fast-appearing preview frame is the single biggest factor in a camera launch feeling responsive, and what the session covers — accelerating launch, rendering best practices, and capturing the moment without missing it.
- 2:02 - Fast Launch
- Learn how to minimize UI overhead and explore best practices for creating and configuring AVCaptureSession to get the camera preview on screen faster.
- 6:52 - Adopt deferred start
- Discover the deferred start API that allows you to defer the initialization of expensive capture outputs until after the preview is running, featuring both automatic and manual modes.
- 15:06 - Steady preview
- Explore best practices for rendering preview frames, comparing the simplicity of AVCaptureVideoPreviewLayer against the flexibility of AVCaptureVideoDataOutput.
- 18:04 - Sustained performance
- Learn how to assess hardware cost and adapt to system pressure using new APIs to maintain a smooth and responsive camera experience under demanding conditions.
- 21:14 - Deterministic file writing
- Adopt the AVProVideoStorage API to achieve sustained high-bandwidth input/output required for high data-rate video captures like ProRes.

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