[게임 프로그래밍 패턴] 게임 루프 패턴(Game Loop Pattern)

게임 루프 패턴(Game Loop Pattern)

 

먼저 요약하자면 게임 루프 패턴이란 게임 진행을 유저 입력, 프로세서 속도와 디커플링 하는 것이다.

더 쉽게 말하자면 입력이 없어도 프로세서가 잘 돌아간다는 말이다.

이 패턴은 특수하여 게임 분야 외에서는 찾아보기는 힘들지만 실제로 많이 쓰이고 있다. (유니티 등 게임 엔진)

 

예전 프로그래머는 코드를 모두 짜고 나서야 프로그램을 돌릴 수 있었다. 즉, 중간에 확인하는 것은 거의 불가능했다. 이런 프로그램을 배치 모드 프로그램이라고 하는데, 모든 작업이 끝나고 나면 프로그램이 멈춘다. 여기서 나오는 문제점은 디버깅하는 데도 오래 걸려 생산성이 떨어지게 된다는 점이다.

 

그래서 이를 해결하기 위해 대화형 프로그램이 나왔다. 플레이어의 입력을 기다렸다가 응답하면 다시 진행되는 방식이다. 이러한 방식은 여전히 여러 분야에서 쓰이고 있다. 단적으로 워드 프로세서만 봐도 사용자 입력을 무한 대기한다.

 

while (true) 
{
    Event* event = waitForEvent();
    dispatchEvent(event);
}

 

대부분의 다른 소프트웨어와는 달리 게임은 유저 입력이 없어도 계속 돌아가야 한다. 예를 들어 몬스터가 나오는 필드에 가만히 있어도 몬스터는 플레이어를 계속 때려서 언젠가 사망하게 만든다. 게임 루프의 핵심은 루프에서 사용자 입력을 처리하지만 마냥 기다리고 있지 않는다는 점이다. 즉, 항상 돌아가며 Input을 수시로 받으면서도 Update를 수시로 받으면서 프레임마다 렌더링을 한다.

 

그렇다면 게임 월드에서 시간과 현실 시간은 분명 다른데 어떻게 처리해야 할까?

루프가 입력을 기다리지 않는다면 루프가 도는데 얼마나 걸리는지가 중요하다. 만약 루프가 길다면 사용자 입력이 들어와도 받지 않은 것처럼 처리되는 경우가 생길 것이다. 이 시간을 FPS라고 하며 일초당 프레임으로 계산한다. FPS가 높을수록 부드럽고 빠른 화면을 보여준다.

 

여기서 프레임 레이트의 값을 결정하는 것도 중요하다.

• 한 프레임 안에서 얼마나 많은 작업을 수행하는가? 물리 계산이 복잡하고 오브젝트가 많을수록 CPU, GPU가 작업할 것들이 많아진다.
• 코드가 실행되는 플랫폼의 속도는? 하드웨어 속도가 빠르다면 같은 시간에 더 많은 작업이 가능하다.

이외에도 프레임 레이트를 결정하는 요인은 너무 많다. 그래서 프레임을 고정으로 사용하는 경우가 많다. 왜냐하면 모든 하드웨어가 똑같은 속도를 보장하지 않으므로 게임 루프에서는 일정한 속도에서 실행될 수 있도록 보장해야 하기 때문이다.

 

고정 프레임을 설정하더라도 게임이 잘 작동되도록 하려면, 프레임에 따라 실제 시간을 따라가도록 해야 한다. 즉, 프레임 이후로 실제 시간이 얼마나 지났는지에 따라 시간 간격을 조절해야 한다. 그러나 이러한 방식은 완벽하지 않다. 보통 게임에서는 부동 소수점(float)을 쓰기 때문에 반올림 오차가 생기기 마련이다. 컴퓨터 속도에 따라 반올림 오차가 커지면 오브젝트의 위치가 컴퓨터마다 다르게 보일 것이다. 이외에도 화면에 비추는 렌더링 빈도 동기화, 멀티 스레딩 등 엄청난 최적화를 거듭해서 게임 루프를 완성해야 한다.

 

그래서 대부분은 직접 구현하지 않고 이미 구현된 엔진을 쓴다...

 

https://luv-n-interest.tistory.com/1104?category=996592 

Game Loop Pattern, 게임 루프 패턴 ** [디자인패턴]