[Unreal] 최적화

1. 최적화

높은 렌더링 부하와 CPU 병목 현상은 게임의 프레임 속도를 떨어뜨리고 게임 플레이에 영향을 줄 수 있다. 이를 해결하기 위해 최적화는 필수이다. 특히 최적화는 한 번에 끝나는 작업이 아니기 때문에 작업, 테스트, 개선의 반복이 중요하다.

 

2. 렌더링 최적화 

렌더링(rendering)은 컴퓨터 프로그램을 이용해 2D 또는 3D 모델에서 이미지를 생성하는 프로세스이다.

• Culling
• LOD
• Nanite
• Shader Complexity View를 통해 머터리얼 복잡도 확인
• 필요하지 않은 그림자 제거 및 실시간 그림자 최소화

 

1) Culling

렌더링 최적화 기법 중 가장 대표되는 Culling에 대해 알아보자. Culling은 굳이 렌더링 하지 않아도 된다고 판단된 오브젝트들을 제외하는 것을 말한다.

 

언리얼에서의 Culling은 크게 4가지로 나눌 수 있다.

1. Distance Culling
   • 액터와 플레이어 카메라 사이의 거리에 따라 오브젝트를 Culling 시키는 방식이다
   • LOD와 Cull Distance Volume을 사용해서 가능하다.
2. View Frustum Culling
   • 카메라 절두체(View Frustum)에서 벗어난 영역에 있는 오브젝트를 Culling 시키는 방식이다.
   • 언리얼 엔진에서 기본 지원한다.
3. Precomputed Visibility
   • 움직이지 않는 액터들을 대상으로 Shadow Casting Surface 위에 Visibility State 정보를 저장해 놓는 방식이다.
   • 라이팅 빌드 도중에 visibility 정보를 오프라인에서 생성하며, 크지 않은 레벨과 저사양, 모바일 기기에 적합하다. 
4. Dynamic Occlusion
   • 실시간으로 물체를 가리는 오브젝트(Occluder)와 가려지는 오브젝트(Occludee)를 판단해서 Occludee를 Culling 시키는 방식이다.

 

Culling

 

2) Occlusion Culling

Occlusion Culling은 카메라에 보이지 않는 물체를 렌더링 하지 않도록 처리하는 방식이다.

• Hierarchical Z-Buffer Occlusion Culling 방식을 사용하여, 화면을 Z 버퍼로 나누고 각 픽셀에 가려진 물체를 감지 후 가려진 물체를 렌더링 파이브라인에서 제외한다.
• 물체의 바운드 설정이 중요하다. 이 설정이 부정확하면 프리뷰에서 오브젝트가 보이지 않거나 성능이 나빠지는 등 문제가 될 수 있다.
• 프로젝트 세팅에서 Occlusion Culling 활성화 설정을 할 수 있다.

 

Occlusion Culling은 정적, 동적 환경에 따라 다음과 같이 나눌 수 있다.

• Static Occlusion
  • 정적인 환경
  • Precomputed Visibility Volumes를 활용해, 미리 계산된 데이터를 바탕으로 가림 처리를 수행한다.
• Dynamic Occlusion
  • 실시간으로 변하는 동적인 환경
  • 카메라와 오브젝트의 상대적인 위치와 움직임을 기준으로 매 프레임마다 Z-Buffer와 Occlusion Queries를 계산한다.

 

3) LOD(Level of Detail)

LOD는 멀리 있는 오브젝트는 저해상도 모델을 사용하고, 가까이 있는 오브젝트는 고해상도 모델을 사용하도록 설정하는 기술이다.

• 직접 LOD 메시를 만들어도 되지만, 언리얼에서 제공하는 자동 LOD 생성을 통해서도 꽤 괜찮게 적용이 가능하다.
• Nanite를 사용한다면, 이미 자동으로 LOD 설정한 것과 같아서 추가 LOD 설정은 필요하지 않다.
• Distance Culling 방식을 통해 아예 렌더링을 하지 않는 방법도 있다. Min/Max 값을 조절해서 카메라와의 거리에 따라 오브젝트를 보여줄지 말지를 결정한다.

 

LOD

 

4) Nanite

나나이트는 언리얼 엔진 5의 가상화 지오메트리 시스템으로 새로운 내부 메시 포맷과 렌더링 기술을 사용하여 픽셀 스케일의 디테일과 방대한 양의 오브젝트를 렌더링한다.

• 하이폴 메시를 그대로 사용할 수 있다.
• LOD, 노말맵이 필요 없다.
• 클러스터 단위로 렌더링이 가능하기 때문에 Culling 성능이 좋다.

 

나나이트가 만능인 것 같지만, 제약이 존재한다.

• 불투명한 머터리얼만 가능하다.
• Skeletal Mesh, WPO(월드 포지션) , Deformation 등 버텍스에 대한 연산이 들어가면 안된다.
• 인스턴스의 버텍스 페인팅은 안된다.
• 항상 더 나은 성능을 보장하는 것은 아니다.

 

아래 유튜브에서 자세히 확인이 가능하다.

 

https://www.youtube.com/watch?v=e-XFHcD7ibA

 

3. CPU 최적화

1) 블루프린트에서 C++ 전환

블루프린트는 간편하지만 C++에 비해 성능이 떨어진다. 만약 블루프린트를 사용하더라도 Tick 사용은 피하고 성능이 중요하지 않은 기능 구현만 하는 것을 추천한다.

 

2) Tick 이벤트 최소화

매 프레임 호출되는 Tick 이벤트는 많으면 성능이 저하된다. 가능한 필요한 경우에만 Tick을 활성화하고 Timer나 이벤트로 대체하여 사용한다.

 

3) 오브젝트 풀링

반복적으로 생성, 삭제되는 오브젝트는 풀링 기법을 통해 관리하는 것이 좋다.

 

4) AI

AI 캐릭터의 Behavior Tree나 경로 탐색은 성능에 영향을 준다. Nav Mesh를 잘 설정하고, AI 캐릭터의 업데이트 빈도를 낮추는 것이 좋다.

 

4. 메모리 최적화

1) Garbage Collection

언리얼은 주기적으로 가비지 컬렉션을 수행하는데, 메모리 관리를 잘못하면 성능 저하가 발생한다. 큰 데이터는 필요할 때만 로드하고, 사용하지 않는 데이터는 명시적으로 제거하는 것이 좋다.

 

2) 텍스처 및 메시

사용하지 않는 텍스처는 제거하고, 가능한 압축된 포맷을 사용하여 메시의 폴리곤 수를 최적화하는 것이 좋다. Nanite를 사용하는 것도 방법이다.

 

5. 프로파일링

언리얼 엔진 내의 프로파일링 도구를 사용하여 어떤 부분이 가장 많은 자원을 사용하는지 분석하고, 최적화할 부분을 찾을 수 있다.

 

가장 간단한 방법은 콘솔 명령을 통해 확인하는 방법이다. 아래 명령어를 콘솔에 입력하면 각 부분의 성능을 확인할 수 있다.

 

stat fps
stat unit
stat gpu

 

다음으로 프로파일링 툴을 활용하여 무엇이 빠르고, 무엇이 느리고, 어느 부분인지 자세히 분석할 수 있다. 여러 가지 툴이 있지만 대표적으로 Insights가 있다.

 

Insights

 

프로파일링 툴을 활용하면 병목 현상을 확인하고 최적화 방향을 설정할 수 있다.

 

참고

https://www.unrealengine.com/ko/tech-blog/an-in-depth-look-at-unreal-engine-4-20-s-proxy-lod-tool

https://delightlane.tistory.com/21

[UE4] 컬링(Culling)

https://choi-dan-di.github.io/unreal/optimization-profiling/

[Unreal Engine] 언리얼 엔진 최적화 - 1. 프로파일링