Entity System

KASA 2008-08-20 이창희

(2008-06-22 C++ Componet System By김성헌 님의 발표에 계속… )

키워드

Entity Component SubSystem Message Data-Driven Reflection

Property

MMOG 의 문제점

MMORPG 개발에 가장 치명적인 문제점은 launch 이후에 게임 로직을 지속적으로 변경시키는 것은 어렵다는 것이다 .

마지막 이슈가 MMOG 의 성공에 핵심이다 . 즉 , MMOG 가 성공적으로 출시되었을 때 , 장기간의 성공과 실패는 매 달 (month) 더 나은 어떤 것을 게임에 업데이트 하는 개발 팀의 능력에 의존해야 한다 .

즉 , launch 이후 , 크지 않은 노력으로 , 기본 게임 형태를 제한 없이 변경이 가능해야 한다는 것이다 .

문제의 인식

“57U 보트가 출현했을 때 연합군은 속수무책이었다 . 군수뇌부들이 모여 연일 대책을 논의했다 . 어느 날 장성급 간부 하나가 U 보트를 퇴치할 수 있는 기상천외한 방책이 떠올랐다고 소리쳤다 . 모든 시선이 그에게로 집중되었다 . 그가 의기양양한 목소리로 말했다 . 바닷물을 끓이면 돼 . 곁에 있던 동료가 그에게 물었다 . 개쉐야 , 도대체 무슨 방법으로 바닷물을 끓이겠다는 거니 . 그러자 개쉐가 대답했다 . 나는 기획자일 뿐이야 . 끓이는 건 엔지니어들이 할 일이지 .“ – 이외수님의 하악하악 中

게임이 어떻게 진행될지는 개발 단계에서는 아무도 장담할 수 없다 .

문제의 인식

개발 단계 몬스터는 개 , 새 종류로

설정하기로 합니다 . Launch 후 , 1 년 후…

개새를 만들어줘요 .. 쓰벌 .. -_-; 개발 후에는 개 , 새 , 개새가

존재한다 . 슬슬 정체성이 무너지기 시작…

1 년 , 2 년 후에는 BaseCharacter 클래스 엄청 커지게 될 것이고 , 최하위 클래스는 불필요한 메써드와 맴버 변수를 한 아름 가지고 있게 될 것이다 .

이런 불필요한 것들이 시간이 점점 지나게 됨에 따라 , 추가적인 작업에 제한을 두게 되고 , 변경에 추가비용이 많이 들게 되며 , 시스템의 속도를 저하시키게 된다 .

Entity System

GDC2002 에서 Scot Bilas 에 의해 Dungeon Siege 에 사용된 Data-Driven 방법과 Game Object 소개로 인해 알려지기 시작

전통적인 OOP 의 문제점과 확장성을 고려해서 , 조합형 객체 시스템 (Component Object …), Component System, Entity System 등으로 불리게 되며 각광을 받기 시작 .

목표는 Source Code 에서 , 게임 로직과 변수들을 분리

Component( 구성요소 ) 접근법은 다른 구성요소에 거의 독립적으로 기능별로 분류한다 . 전통적인 객체 계층 구조을 없애고 , 객체는 독립적인 구성요소들의 집합으로 생성된다 .

각 객체 (object) 는 오직 필요한 기능성만 가지게 된다 . 어떤 다른 새로운 기능성은 구성요소 (component) 를 추가됨으로 구현된다 .

Inheritance vs. Aggregation

Inheritance The Diamond of Death. Pass-Thru Enforcement. Unintended Consequences. Dependencies. Difficulty in Comprehension. Interface Bloat. Compile-time 에 기능 변경 . 구현된 디자인에 종속적 .

Component-based Run-time 에 기능 변경이 가능 .

Data-Driven

Meaning: “No Engineer required” Game Designer 가 새로운 객체를 추가할 수 있도록 한다 . Compile-time 에서 프로그래머가 개입해서 , 작업되는 기존 작업

시스템에서 , Data 기반으로 Run-time 에 객체와 데이터를 수정할 수 있어야 한다 .

Engineer is slow Engineer 가 개입하게 되면 , 객체를 추가하고 , 확인하는 절차가 늘어남에

따라 , 개발 시간이 많이 소요된다 . Run-time 에 객체를 수정할 수 있어야 한다 .

Causes designers to hack around missing functionality Goal: remove C/C++ from game Line between engine and content is always moving

: Scot Bilas- A Data-Driven Game Object System 에서 인용http://lisa.siegenetwork.com/elves/scripts/aura/

Entity

Game Entity 는 Game World 안에 존재하는 어떤 객체이다 . 일반적으로 객체는 눈에 보이는 플레이어이고 , 주변을 움직일 수 있다 .

게임 월드 상에서 모든 식별 할 수 있는 “ thing” 에 대해서 , 하나의 Entity 로 본다 . 만약 100 개의 똑같은 탱크들이 있다면 , entity 는

100 이다 . 1 이 아니다 . Entities has no data and no methods. 행동은 하나 이상의 component 를 이용해서 ,

class 와 같이 사용이 가능하다 .

Component

게임 안에서 item 은 다양한 단면을 가진다 . 전통적인 OOP 로는 단일 클래스로는 다양한 단면을 하드코딩으로 처리하거나 , 작은 단위의 unit 객체를 다중 상속하여 처리를 해야 한다 .

Entity System 에서는 하나의 단면을 Component로 구현하고 , Entity 가 다른 단면들을 서로 다른 성격의 component 들을 가지게 된다 .

Component 는 실제로 중요한 일 하나를 한다 . 개개의 aspect 들을 소유함으로 entity 들이

분류된다 . 전통 시스템과 유사해 보이지만 , 한 상속 계통을

따라 내려오는 클래스들은 강한 내부 응집성을 가지고 되므로 , 문제점이 해결된다 .

[Gpg5 권 1.3.4]

SubSystem

Entity/Component 영역 밖의 처리를 위해 SubSystem 이라는 개념을 도입

Entity 가 가지고 있는 같은 특성의 구성요소를 전역적 행동 (global action) 을 수행한다 .

각 System 은 지속적으로 돌아간다 . 하나의 System 을 하나의 Thread 로 이용해도 된다 .

System 과 이용 가능한 특성 (Component 의 타입 ) 사이에 1:1 관계가 된다 . 모든 Entity 가 가지고 있는 component 들 중에 같은 타입의 component

들을 모아서 하나의 system 에서 처리한다 . System 은 본래 주어진 특성의 Component 에 대해 method- 구현을

제공한다 . 한번에 하나씩 각 다른 Component 들에 대해 Component 들 자신의 내부

함수들을 수행하도록 지속적을 running system 을 가지고 있다 . Ex) Rendering System, Animation System, Input System, etc

Ex) Rendering System 은 16milliseconds 마다 깨어나고 , 각 Entity 들의 RenderableComponents 들을 가지고 화면에 출력하고 다시 sleep…

대충 이런 모습으로 작동하게 된다 .

가로 : entity 가 가지고 있는 Component

세로 : System, entity 들의 같은 type 의 component 들을 처리한다 .

객체간 통신

구성요소들 사이의 의사소통 방법1. 알고자 하는 또는 알려주고자 하는 어떤 것에 대한

구체적인 인터페이스를 알고 있는 경우에는 , Component 관리자에게 그 인터페이스의 포인터를 요구하고 , 그 인터페이스 포인터를 통해서 특정 구성요소의 메서드를 호출하면 된다 .

2. 메시지 (Message) 를 이용 . 이는 어떤 구성요소가 뭔가 말할 것이 있지만 , 딱히 어떤 구성요소에게 말해야 할 지 모르는 경우에 해당한다 .

객체 간의 의존성 문제를 해결하기 위해서는 메시지 시스템을 이용해서 , 각 구성요소에서 연관된 구성요소에게 event( 메시지 ) 를 전달하는 방식을 고려해 보는 것이 좋다 . 그래야 추후 component 가 제거 되거나 , 수정되었을 경우 , 다른 component 에 영향을 최소화 할 수 있다 .

객체 간의 통신

하지만 , 실제로는… “ 이상적인 상황에서 , component 들은 서로를 알

필요가 없다 . 하지만 , 실제로는 특정 component들은 의존적이 된다 . 성능적인 측면에서 다른 component 들에 빠르게 접근하는 것이 가능해야 한다 . 초기에는 component manager 를 통해서 , 모든 component 들을 참조하였지만 , CPU time 의 5% 이상을 사용하였다 . 그래서 , component 들이 다른 component 들의 포인터를 저장하도록 하였고 , 다른 컴포넌트들의 Methods 를 직접 호출하도록 하였다 .” – Tony Hawk 개발자 Blog 中 [4]

Scripting…

Game Designer 가 외부에서 객체를 수정할 수 있도록 지원해줘야 한다 .

Nebula Device2 의 mangalore 시스템에서는 sqlite database 를 이용하여 , content, data를 db 를 이용하여 , 외부에서 설정을 할 수 있도록 지원하고 있다 .

GPG5 1.3 구성요소 기반 객체 관리자 .

ETC

Template 같은 Entity 를 생성한다면 , Entity 를 구워 낼 수

있는 틀을 만들어야 한다 . Reflection

Property Property 를 이용하여 , 외부에서 내부의 데이터를

조작할 수 있다 . Ex) FarCry 스타일의 World Editor

GPG6 권 Property 를 이용한 Editor

다른 고민들…

만약 프로젝트에 사용하고자 한다면 , 결국 가장 큰 문제는 저항

다른 프로그래머한테 , system 을 설명하고 , 설득시키기는 것부터 고난의 시작…

적용에 대한 아티클 http://cowboyprogramming.com/2007/01/05/evolve-your-heirachy/

적용 OOP 의 너무나 익숙해진 탓에 , 객체를 구현할 때 , 어떻게 Compo

nent 를 구성해야 하는지 , System 을 어떻게 구현해야 하는 지 , 통신은 어떤 식으로 해야 하는 지에 대해 , 생각보다 쉽지 않다 .

특히 , Component 를 구분 짓는 생각보다 어렵다 . 성능

문서를 보면 , 기본 시스템보다 약간의 성능 저하가 벌어질 수도 있음 . ( 아무래도 그렇게 보이지요… ) 하지만 , 관리와 확장성 issue 와 trade-off 일 듯 .

앞으로…

Nebula Device2 에서는 mangalore 라는 서브 시스템으로 entity system 을 지원한다 .

Gamebryo 에서는 NiEntity 라는 서브 시스템으로 entity system을 지원한다 .

Unreal Engine 에서 강력한 스크립트를 지원하여 , 게임 개발의 편의를 제공해주듯이 , Data-Driven 이라는 측면에서 봤을 때에는 , Entity System 에 대한 평가를 떠나서 한번 정도는 고민을 해봐야 할 내용임 .

게임의 복잡도를 고려해 볼 때 , 특히 MMO 의 경우에나 , 한번에 통시에 여러 가지의 게임을 생상하고 있는 상황이라면 , 이런 시스템을 고려해보는 추세인 듯…(http://www.gamedev.net 의 Forum 참고 )

Reference

[1]C++ Component System 발표자료http://www.dev3d.net/bbs/view.php?id=pds&no=106

[2]Game Object Structure: Inheritance vs. Aggregation http://www.gamearchitect.net/Articles/GameObjects1.html

[3]GDC02 - A Data-Driven Game Object System http://www.drizzle.com/~scottb/gdc/game-objects_files/frame.htm

[4]Evolve Your Hierarchy http://cowboyprogramming.com/2007/01/05/evolve-your-heirachy/

Game Programming Gems 2 권 - 범용 C++ 멤버 접근을 위한 속성 클래스Game Programming Gems 4 권 1.8 장 게임 개체 관리를 위한 시스템Game Programming Gems 4 권 1.11 장 유연한 즉석 객체 관리자Game Programming Gems 5 권 1.3 장 구성요소 기반 객체 관리Game Programming Gems 5 권 1.4 장 템플릿을 이용한 C++ 반영 기능 구현Game Programming Gems 6 권 1.1 장

끝 – Q&A