NDC 2014 [야생의 땅: 듀랑고]에서의 유니티를 이용한 렌더링 개발 이터레이션과 최적화

<야생의 땅: 듀랑고>에서의

유니티를 이용한

렌더링 개발 이터레이션과 최적화

넥슨 코리아

왓 스튜디오

김혁

발표자 소개

• 김혁

– 게임 클라이언트 프로그래머

– 주 분야: 컴퓨터 그래픽스, GPU

– 넥슨 <배틀스타: 리로드> 오픈 베타

– 넥슨 <야생의 땅: 듀랑고> 개발 중

<야생의 땅: 듀랑고>

• 개척형 MMORPG

• 모바일 게임

• 유니티 3D 실버바인 아닙니다

• 2014년 5월 22일 첫 티저 공개

발표의 방향과 개론

고사양 PC 온라인게임처럼그냥 멋져 보이는 ‘최신 기술’을 탑재 할 수는 없다

모바일에서의 렌더링

모든 것이 제약

• CPU/GPU 제약

• 메모리 제약

• 대역폭 제약

• 네트워크 제약

모바일이라는 환경

• 제약된 환경에서 가장 괜찮은 룩을 찾자!(전통적인 방법 보다는 꼼수(?)를 써보자)

• 제약된 환경에서 최대한 성능을 뽑아내자

사실 더 어렵다

• 제약된 환경에 맞게 발전한 모바일 아키텍쳐에 대한 이해가 필요

• 도대체 누가 모바일을 쉽다고 했나요?

다루지 않는 것

• 디테일한 렌더링 기법들이제 티저 한번 공개 됐을 뿐이라서..

• 새로운 스샷아…주 조금은 있습니다만…

다룰 것

• 유니티 3D를 이용한

모바일 렌더링 개발 방법론에 대한 이야기

• 몇 가지 최적화 사례

어쩌면 뻔한 얘기들…

• 유니티를 통해 얻게 된 교훈• 편의성/생산성의 중요성

유니티가 제공하는 생산성과 편리함에대해 생각해보는 기회가되었으면 좋겠습니다

꼭 유니티를 안 쓰시더라도요

준비물

• 유니티 3D

• 훌륭한 아티스트

• 게으른 프로그래머

만약 누군가가 프로그래머에게…

“디버깅을 왜 하나요?프로그램에 버그는 당연히 없어야 하는 것 아닌가요?디버깅에 일정을 할애하지 말고처음부터 버그 없게 만들어주세요.”

(게임 디자이너에게)

“그렇게 만들면 재미있어요? 확실해요?”

가끔은 게임 디자이너와 아티스트에게 이런 것을 요구합니다

(아티스트에게)

“게임에 올리면 바로 쓸 수 있도록 리소스를 만들어주세요.”

가끔은 게임 디자이너와 아티스트에게 이런 것을 요구합니다

중요한 것은 반복(이터레이션)과 피드백

• 게임에 올려봐야 한다

• 프로그래머에게 디버깅이 중요한 스킬이듯이,게임의 재미와 아트 또한 한번에 이루어지지 않는다

물론 이 강연에서게임 디자인 이터레이션에대해서는 다루지 않습니다

게임 디자인에 대해서는 이러한 시도를 했습니다

• Web (HTML5) 게임

• 재미 검증을 위한프로토타입

요청과 피드백, 이터레이션은 자유롭고 빨라야한다

그렇다고 누구 한쪽이‘갑’이 되어서는 안됩니다

어차피좋은 게임을 만드는 것이 공통된 목표

• 하지만 프로그래머 입장에서모든 요청을 다 처리해주기에는

사실 가끔은 좀 귀찮…

사실 문제는 불확실성

• 구현을 했을 때 결과가 괜찮을지 사실 잘 모른다

• 결과가 괜찮을 것이라는 확신이 있는 경우는 많지 않다

• 현실적으로 모든 요청을 다 들어주고 일일이 검증하긴 좀...

생산성, 편의성이 낮은 환경이라면

• “이걸 정말 구현 해봐야 하나?”

• “구현을 하기로 했을 때 어느 정도의 완성도로 구현을 해야 하나?”

• 때로는 좋은 방법도 부족한 완성도로 인해 폐기 되는 경우도 있다

• 좋은 툴을 제작하는 것은 정말 정말 큰 작업

그러다보니까.. 프로그래머가 자주 하는 말..

“그거 안돼요”

“그거 안돼요”

= 진짜 안돼요= 성능 문제로 (모바일에서) 힘들어요= 그거 오래 걸려서(작업 시간에 비해 결과가 미미해서)

힘들어요

그래서 결국은 생산성에 관한 이야기

• 생산성이 좋을 때는 (비프로그래머가 보기에)그 동안 안 됐던 것이 되는 경우가 있다

탐험(Exploration)과 활용(Exploitation)

활용(Exploitation)

• 현재 방법 대로 최선을 찾아 밀고 나가는 것• 예, PC 온라인 게임은 이미 많은

제작 사례가 있다

탐험(Exploration)

• 현재 방법이 좋지 않을 수 있다• 다른 방법도 찾아보고• 재빨리 검증하고 확인해보자

탐험(Exploration)과 활용(Exploitation)

결국은 이곳을 찾고싶어하는 것

모바일 게임은 활용(exploitation) 보다는더 많은 탐험(exploration)의 여지가 있는 분야

탐험을 위해서는

• 다양한 시도를 해봐야 한다

• 그 시도의 진입 장벽이 최대한 낮을 수록 좋다

• 높은 생산성/편의성이 필요하다

생산성 & 성능

• 다양한 시도를 위해서는 생산성, 접근성이 높아야 한다

• 생산성이 성능과 대비 되는 경우도 많고

• 유니티는 성능까지 최고로 내주는 엔진은 아니다

결국은좋은 퀄리티를 내려면…

• 높은 생산성 (탐험)– 이것저것 시도해봐야죠

• 끈질긴 연구 및 최적화 (활용)– 주어진 상황에서 최선을...

… 이렇게 개발 중에 있습니다

생산성 성능

• 높은 성능을 내는 것만이 좋은 퀄리티를 내주는 것이 아니다

• 높은 생산성 속에서아티스트가 주어진 상황에서 최대한의 퀄리티를 뽑아내는 것도똑같이 중요하다

유니티

유연한 구현

• 코드의 재사용성

• 하드코딩이 아닌 다양한 값에 대한 유동적인 처리

• 커스텀 GUI를 쉽게 만들 수 있는 환경을 제공

유니티의 컴포넌트 시스템이이를 잘 뒷받침해준다

유니티의 장점

• 유니티 자체가 통합 된 툴이며, 툴에 새 기능을 추가하기가 매우쉽다 (= 새로운 툴을 만드는 것이 쉽다)

• 에디트 모드에서 다양한 것을 해볼 수 있다

에디트 모드란?

• vs 플레이 모드

• 플레이 상태와 대비 되지만,유니티에서는 많은 부분 플레이 상태와 비슷하게 구현/처리 가능

애니메이션 활용 예

• 캐릭터 스폰

• 원하는 애니메이션 재생

• 런타임에서 자유롭게 수정

1. 에디트모드제공

2. 아티스트퀄리티업

3. 상세구현및최적화

기타. 성능테스트

• 사실 베테랑 프로그래머들은 많은 구현에 대해수정 가능성을 염두하고 구현한다

• 하지만 정작 수정은 힘들거나 프로그래머만 가능할 때가 많다

• 특히 아티스트 편의적인 ‘툴(컨트롤러)’를 제공하는 것은굉장히 귀찮은 일

유니티에서는훨씬 쉽게 됩니다

사례 1. 식생 분포

목표: 식물들이 적절한 분포로 배치 되도록 하기

• 적절한 분포(예, 풍성한 분포)가 되는 비율을 만들자

• 식생 들이 적절하게 분포 되었을 때 잘 어울리도록 리소스 개선

모든 지형은 자동 생성 되어야 한다

지형 생성은“유저 수만큼 다양한 섬을 만들자!<야생의 땅: 듀랑고>의 절차적인 섬생성 기법”, 진선웅강연을 참고

식생(나무, 관목, 돌)들 또한 적절한 분포로 자동 배치 되어야 한다

적절치 못한 분포의 예

각 군계(예, 설원, 사막, 숲)에 대해 어울리는 식생들이 적절한 조합 되어야 함

서버에 접속하지 않은 로컬 모드

에디트모드

플레이상태

식생 생성

플레이(식생 생성)

플레이

분포 조절 후재생성

피드백을 받고 & 개선

• 잔디를 넣고 분포를 개별적으로 조절할 수 있게 해주세요

• 물체들에 랜덤 변화(variation)를 넣게 해주세요 (크기, 색깔)

• 위치 좀 섞어주세요

• 바닥 마스킹은 어떤 방법을 쓸까?

오프라인 용 커스텀 지형도 제공

• 아티스트가 색깔로 군계(지질)를 결정(PNG 파일)

• 서로 다른 군계간의 이질감을 어떻게풀지를 서로 고민

• 게임에서 전반적으로 보여질 모습을계속 수정해가면서 살펴 볼 수 있음

• 전반적인 식생의 어울림• 숲에 맞는 풍성한 분포

• 군계간 타일 블렌딩• 잔디 표현

• 갈대의 군집 표현

왜 이런 툴 들이 중요 할까요?

아티스트가생각하는최상의 퀄리티

프로그래머의초기 세팅 값

좋은 퀄리티를 원한다

변경 요청?

자유롭게 조절하는환경을 제공

게임에서의최상의 퀄리티

작업 환경과 게임에서의 결과물이 다르다면...

작업 환경에서의최상의 퀄리티

Export?변환 작업?

• 작업자(아티스트)에게 편의를 제공하는 것은 매우 중요하다

• 편의를 제공하는 것은 때로는 (특히 GUI) 작지 않은 작업

• 유니티는 그 편의를 기본 제공하는 것만으로도정말 큰 장점을 지닌다

이러면 끝?

사례 1-2 스프라이트 최적화

• 스프라이트를 다루는어셋(라이브러리) 들은 많이 있다

• 덕분에 높은 생산성으로 작업

• 하지만 필 레이트(fill rate)가 높아서더 좋은 성능을 위해 고민

– 알파테스팅? 알파블렌딩?

– 스프라이트를 직사각형이 아닌 커스텀 메쉬로 바꾸면?

알파테스팅이 느리니 알파블렌딩을 쓰라고 하는데..

• 알파블렌딩을 그냥 쓸 초창기 드로우 콜이 200개가 넘음

• 알파블렌딩이 빠른 이유는독특한 모바일 아키텍쳐(TBDR) 구조에서 기인

• 그럼 정말 알파테스팅을 쓰지 말고 알파블렌딩만을 써야할지?

알파테스팅 vs 알파블렌딩

• 일반적인 알파블렌딩은

– 렌더링을 위해 물체를 정렬 하기 때문에

– 배칭이 안된다는 치명적인 단점이 있다

• 알파테스팅은 얼라이어싱의 문제가 있다

그래서?

• 잔디 등의 스프라이트는 여러 개를 하나로 합쳐 풍성한 룩을 연출

• 바닥의 일부 물체들에 대해서는정렬을 하지 않고 배칭 되는 알파블렌딩 쉐이더를 제작

– Render Queue<= 2500: 불투명, 정렬 안됨> 2500: 투명, 정렬 됨 (back to front)

그래서?

• 변경 된 쉐이더를 사용해서 드로우콜 몇 십 개 절약!

• 현재는 대체적으로 드로우 콜 100개 한참 미만을 유지

그래도 부족하다

• 사실 <야생의 땅: 듀랑고>는 드로우콜 보다는필 레이트에 병목이 심한 게임

• 높은 필 레이트= 픽셀 당 계산이 많다

(over draw)

메쉬를 자르자

• 전반적인 식생 룩은 프로세스가 잡혔다

• 일반적인 사각형 스프라이트를 버리고수동으로 자른 메쉬를 사용할 수도 있다

성능 테스트만 먼저 해봤습니다

• 추가 작업량을 생각해서 현재는 고민 중...

직사각형 스프라이트 커스텀 메쉬 비교

갤3 FPS 41 58 41%

Draw Calls 107 108 1%

Triangles 314 1200 282%

Vertices 572 1500 162%

중간 결론

• 개발 중인 게임의 특성을 파악하자

– 남이 하는 말로 바로 결론을 내릴 것이 아니라직접 테스트 해보고 원인을 파악한 후게임의 특성이 맞게 개발하자

중간 결론

• 병목이 어디인가를 파악하자

– 드로우 콜 개수가 병목인가?

• 텍스쳐와 배칭을 최적화

– 필 레이트가 문제인가?

• 메쉬를 자르거나 픽셀 쉐이더 최적화를 해보자

• 이 이외의 CPU 최적화는 항상 기본으로... (...)

– CG, Object Pooling 등...

사례 2 바다 렌더링

+

?

• 이미 기본적으로도 다양한 세팅을조절해 볼 수 있다

• 이제 우리 게임에 맞게 개선!

이터레이션..

마스킹부터 시작합시다

물가 범위를 지정할 수있으면 좋을 것 같은데...

커스틱(caustic)을 넣읍시다

젖은 물가도 넣어주세요

• 물 스샷으로 설명

데모

프로토타입 시절 영상

시작은 쉬웠으나 끝엔 고생하리라

최적화

• 퀄리티 위주로 만들었으므로, 최적화는 필수(게다가 기본 패키지에 여러 기능을 추가했다)

• 최적화에 대한 테크빚이 잔뜩 남아 있는 상태

• 쉐이더 코드는 모두 일일이 체크하여 코드 정리

최적화

• 로우 퀄리티 버전을 변경/제작

– VTF(Vertex Texture Fetch)를 쓰지 않는 버전

– Grab(Render Target Switching)이 없는 알파블렌딩 버전

• 초창기 커스틱 애니메이션을 단일 커스틱 텍스쳐로 변경

• 바다 메쉬를 잘게 나눠서 최대한 컬링이 되도록 작업(Vertex Shader에 대한 부하를 줄임)

최적화

• 아티스트 친화적인 파라미터들 중 대다수는 상수화 해도 된다.정적인 파라미터(uniform variable)를 삭제 해주는최적화 툴 간단 제작

• 정적 uniform 변수들을 상수화 했을 경우

• 바다 주변에서 전체 프레임 10% 향상

D3D 9 GLES

전 203 ALU 901-578 = 323 lines

후 174 ALU 739-481 = 258 lines

마무리

준비물

• 유니티 3D

• 훌륭한 아티스트

– 아트 감각 & 적극적으로 요청하고 소통

준비물

• 게으른 프로그래머

– 최대한 자동화, 간편한 환경을 만들고파라미터 조절이나 배치는 아티스트에게 미루자

– 유니티의 편리함과 어셋스토어를 적극 활용하자

– 그래도 최적화는 열심히...

마무리

• 아티스트에게 빠른 피드백을 제공해주면 좋은 퀄리티가 나온다

– 큰 이터레이션은 독립적으로 진행 될 수 있도록

– 작은 작업은 요청 없이 할 수 있도록

• 유니티의 편리함을 통해 프로그래머 또한 편리해진다

마무리

• 협업이 긴밀하게 개선이 되는 동시에,작업도 독립적으로 진행할 수 있다(툴 제공 해드릴테니 이거 가지고 노세요…)

• 편리함을 제공했으면 최적화로 마무리하자

마무리 2 - 학생들에게

• 학생 참관 가능 발표였는데발표 자료를 만들고 보니까 학생들에게는 그다지 도움이...

마무리 2 - 학생들에게

• 유니티는 분명 편리한 툴입니다

– 컴퓨터(CPU, GPU, 알고리즘)를 깊게 알면 알 수록 많은 것들이보이고 더 많은 것들을 할 수 있습니다

– 엔진과 툴은 도구일 뿐 끌려 다니지 마세요

– 끗