［CEDEC+KYUSHU］「『ソニックフロンティア』においてオープンゾーン実現に向けて取り組んだこと」講演レポート

[ CEDEC+KYUSHU]「『소닉 프론티어』에서 오픈 존 실현을 위해 임한 일」 강연 보고서

2023년 11월 25일 큐슈 산업 대학에서 개최된 개발자용 컨퍼런스 「CEDEC + KYUSHU 2023」에서

「『소닉 프론티어』에서 오픈 존 실현을 위해 임한 일」이라는 제목의 강연이 이루어졌다.

광대한 세계에서 소닉이 뛰어다니기 위해서는 선회 문제를 시작으로 여러 작업이 이루어졌으며 그 비밀이 밝혀졌다.

스피드라는 개성을 살리면서 게임을 플레이하기 쉽게 한다

「소닉」시리즈는 "세계 최고속 고슴도치"인 「소닉」이 초고속으로 뛰어다니는 스피드감이 특징인 액션 게임이다.

시리즈에는 게임 시스템적으로 2가지 전환점이 있다.

하나는 1998년의 「소닉 어드벤쳐」라는 3D 액션 게임의 발매.

그리고 또 다른 하나가 2022년의 「소닉 프론티어」에서 「오픈 존」에 도전한 것이다.

오픈 존이랑 광대한 필드를 자유롭게 달리면서 3D 액션으로써의 체험을 중심으로 한 플레이를 즐길 수 있는 것이다.

시리즈 첫번째 오픈 존을 실현하기 위해 임한 일들에 대하여

해당 작품의 리드 프로그래머인 토쿠나가 히로키씨와 리드 그래픽 프로그래머인 이노쿠마 히로시씨가 이야기했다.

사진 왼쪽부터 소닉 프론티어 리드 프로그래머 토쿠나가 히로키, 리드 그래픽 프로그래머 이노쿠마 히로시

소닉 프론티어

발매일

2022/11/8 발매

플랫폼

PlayStation 4, PlayStation 5, Xbox One, Xbox Series X/S, Nintendo Switch, Steam, Epic Games Store

게임 구성

코스형 스테이지 + 오픈 존(New)

오픈 존은 자유롭게 에리어 내를 탐색하고 액션, 퍼즐, 배틀이 가능

보충 정보 - 전작 소닉 포시즈는 코스형 스테이지만

소닉 프론티어는 게임 설계부터 직전까지의 「소닉 포시즈」와 큰 차이점이 있다.

소닉 포시즈

- 기본적으로 일직선 길이며 전체 1~5km

- 코스형 플랫포밍 액션

- 주변 환경이 고정됨

소닉 프론티어

- 넓은 공간의 오픈 존에서 일직선 길이 아닌 공간상에 목적지가 흩어져 존재하며 필드는 4km x 4km

- 플랫포밍 액션에 더하여 퍼즐 풀기 요소가 있음

- 주변 환경은 시간이나 날씨가 변화함

지금까지 만들어온 작품과는 다른 물건이라 할 소닉 프론티어의 개발을 위해서는

새로운 작업을 행하지 않으면 안됐다는 것이다.

게임 설계의 변경

소닉 포시즈

- 스타트부터 골까지 길

- 일부 분기가 포함되나 기본적으로 일직선

- 전체 길이는 1~5km

- 코스형 플랫포밍 액션

- 환경은 고정

소닉 프론티어

- 오픈 존을 위한 넓은 공간

- 공간상에 목적지가 되는 오브젝트가 흩어져 존재

- 4km x 4km 에리어

- 플랫포밍 액션에 더해 퍼즐과 배틀도

- 시간과 날씨의 변화

🌑지형 제작

소닉 포시즈의 지형은 1~5km 일직선으로 디자이너가 수동으로 레이아웃을 배치했다.

하지만 소닉 프론티어의 오픈 존은 4km x 4km로 소닉 포시즈보다 광대하기 때문에

동일한 수작업으로는 실현이 난관일 것으로 예상되었다.

소닉 프론티어에서는 지형의 콜리전에 Height Field를 추가하고

지형에 대해서는 수동으로 배치하는 것이 아닌 Height Map과 Height Field로 표현하는 것으로 되었다.

Height Field는 1m x 1m의 그리드 형태로 구성되며 Height Map을 편집하면 리얼 타임으로 Height Field도 갱신된다.

약간의 변경이라면 플레이하면서 작업을 하는 것도 가능하여

이러한 방법의 전환으로 인해 광대한 공간을 더 저코스트로 만들 수 있게 되었다고 한다.

지형 콜리전의 변경

소닉 포시즈에서는 Mesh, Convex, Primitive 콜리전으로 구성

Maya상에서 배경 디자이너가 레이아웃 배치

4km x 4km인 오픈 존은 동일한 제작 방법으로는

코스트, 개선 인텔레이션으로는 문제가 있다

Sonic Forces : Stage Network Terminal

지형 콜리전의 변경

지형 콜리전에 Height Field (Bulttet Physics)를 추가

그리기용 Height Map을 편집하고 그것을 Height Field로 컨버트한다

4km x 4km의 범위, 1m의 그리드로 구성

Sonic Frontiers : Chaos Island

지형 편집의 개선

DCC 툴과 랜더마이즈 양측에서 Height Map의 편집에 대응

Height Map 편집에 동기화하여 Height Field (Bullet Physics)도 갱신

후술할 식생 시스템과도 연동하여 식물이나 암석의 레이아웃도

소닉 포시즈에서는 디자이너가 수동으로 지형 레이아웃을 설정했다

🌑캐릭터 제작

소닉 포시즈의 코스형에서 소닉 프론티어의 오픈 존으로.

이 변경에 맞추기 위해서는 소닉 자신의 움직임도 바뀔 필요가 있었다.

소닉 포시즈의 일직선 맵에 대해 소닉의 속도와 선회력은 일정하게 유지되며 완만하게 꺾인다.

깔끔하게 보이는 커브를 그리며 달리면서 액션을 하는 것에 적합했다.

Sonic Frontiers : Chaos Island

한편 소닉 프론티어의 맵에는 여러곳에 목표가 나뉘어있다.

소닉 포시즈와 동일한 완만한 커브로는 목표를 보면서 선회 조작을 하면 꺾는 것이 늦어 목표지에 도달할 수 없게 된다.

이것은 오픈 존의 실현에 「치명적인 문제」(토쿠나가씨)였다고 한다.

그렇다고 해서 단순히 선회력을 올려 빠르게 꺾이(좁은 커브를 그리)게끔 하더라도 문제는 해결되지 않는다.

소닉이 달리는 스피드가 너무 빠르기에 이번엔 너무 빨리 꺾여버린다.

플레이어는 이것을 보정하기 위해 반대로 꺾고 또 이것을 보정하기 위해 반대로 꺾고... 라는 식으로 제어가 어려워진다.

요컨데 너무 빨라서 소회전이 잘 되지 않게 되어버리는 것이다.

선회의 재고

기존의 소닉은 오른쪽 그림 경로처럼 속도와 선회력이 일정하게 유지되어 커다란 R 형태로 완만하게 꺾이는 움직임

- 기존의 코스형 소닉에서는 완만한 커브 형태쪽이 플레이

- 공간상에 목적지가 있게 되면 커브가 늦어지고 목적지로 도달할 수 없게 된다

시인하고서 선회해도 선회가 늦어버린다!

선회의 재고

- 선회를 경로 그림 B로 고쳘 필요가 생겨 먼저 단순히 선회력을 상향시켜보았다

- 고속 이동중에 고속으로 꺾이기 때문에 너무 많이 꺾이게 되어 제어가 곤란하게

의도한 곳으로 도달할 수 있다...?

정리하자면 선회중에는 감속하고싶지만 소닉 다운 직선 이동은 빠른 그대로, 궤도로서는 빠르게 꺾고싶다.

하지만 소닉에게는 액셀이나 브레이크가 존재하지 않는다.

그렇다면 선회와 속도를 자동으로 연동하면 된다는 것을 알게 된다.

이렇게 소닉 프론티어에 대한 소닉의 움직임은 선회로 감속, 감속으로 선회력 업이라는 형태가 되었다.

흐름상으로는 「톱 스피드를 유지하는 직선 이동 → 선회 조작으로 인한 자동 감속 → 감속으로 인한 퀵한 선회

→ 선회 완료 (선화 방향과 입력 방향이 일치)로 재가속 → 가속하는 것으로 선회력 감속」이라는 형태가 되어있다.

선회의 요건을 정리한다

이동의 요건

- 선회중에는 이동 속도를 낮추지 않으면 제어할 수 없다(감속하고싶다)

- 소닉답게 움직이려면 직선 이동은 빠르게 하고싶다(가속하고싶다)

- 궤도로서는 그림 경로 B에 가까운 형태로 하고싶다(빠르게 꺾고싶다)

...하지만 액셀과 브레이크 조작은 없다

→ 선회와 속도가 자동으로 연동될 필요가 있다

고속 이동과 선회의 양립

선회와 속도를 자동으로 연동하여 밸런스를 잡는다

- 속도에 따라 선회력이 변동(느릴수록 선회력 상승)

- 선회하면 감속하며 선회하지 않으면 가속한다

처리의 흐름

1. 직선 이동은 톱 스피드를 유지

2. 선회 조작을 함으로 감속이 발생

3. 감속하는 것으로 선회력이 상승하며 빠르게 선회

4. 선회 방향과 입력 방향이 일치(= 선회 종료)하면 가속이 발생하며 톱 스피드로

5. 가속하는 것으로 선회력이 저하하며 너무 많이 꺾이는 것을 방지

이 개선은 이동뿐만이 아니라 공격의 조작성도 상향하게 된다. 그것이 소닉 프론티어에서 특징적인 「사이루프」다.

소닉이 달리던 궤도로 상대를 원형으로 감싸면 데미지를 줄 수 있는 것이다만

개선 전에는 속도를 낮추고 원을 그리려고 하면 상대가 이동해서 그 자리에 없어져버리고

빠르게 감싸려고 하면 지나쳐버린다... 라는 개발 스태프중 아무도 제대로 사용할 수 없는 것이었다.

현재의 사이루프는 속도로 접근하고 감쌀때는 자동으로 감속, 원으로 감싸내면 자동으로 가속해서 이탈할 수 있다 라는

조작성의 장점과 소닉 다움을 양립할 수 있는 것이 되어있다.

선회에서 원으로

소닉 프론티어의 신 액션 「사이루프」는 이동 경로로 원을 그려 대상을 감싸 공격한다

개발 초기의 선회 개선 전의 거동으로는 너무나도 어려워 누구도 사용할 수 없을 정도

상기한 속도와 선회 각도의 밸런스 제어의 추가로 원도 개선

고속으로 대상에게 다가가 자연스럽게 감속하여 감싼다. 감싸기가 끝나면 가속하여 탈출.

Sonic Frontires : Ares Island

🌑에너미 제작

에너미(적)의 제작에 대해서도 오픈 존에 맞춘 것을 개발하지 않으면 안되었다.

지금까지의 에너미는 특정 위치에 멈춰있거나 정해진 루트를 왕복하는 식의 심플한 움직임을 가지고있었다.

이것은 소닉의 스피드가 너무 빨라서 복잡한 움직임을 가지게 해도

플레이어가 이해하기도 전에 지나쳐버린다는 사정도 있기 때문이다.

고정된 일자형 맵에서는 지형과의 판정도 필요없고 처리도 경량화할 수 있다는 장점도 있었다.

지금까지의 에너미

「특정 위치에 멈춘 채 공격한다」「특정 구간을 왕복한다」와 같은 패턴 행동

경우에 따라서는 경로가 고정이므로 지형과의 판정조차 불필요

처리를 줄여서 많이 놓을 수 있도록 실장

하지만 오픈 존에서는 에너미도 자유롭게 돌아다니게 하고싶다.

그것을 위해 소닉 프론티어에서는 캐릭터를 자동으로 이동하는데 사용할 NavMesh를 도입.

NavMesh는 콜리전의 형상에서 베이크된 지면의 속성 정보를 포함하고 있기 때문에

「이 에너미는 물에 들어가지 않는다」와 같은 성질을 붙히는 것도 가능하게 되었다.

에너미 이동 제어의 개선

기존의 고정 루트 주회가 아닌

임의의 범위를 돌아다닐 수 있게 하기 위한 NavMesh를 추가

콜리전 지형으로부터 NavMesh를 베이크

수면과 같은 지면의 속성도 포함한다

Sonic Frontiers Chaos Island NavMesh

Sonic Frontiers Chaos Island Terrain

그렇지만 4km x 4km의 오픈 존은 거대하다.

여기에 에너미나 오브젝트를 배치하려 하면 그 수는 10만개 이상이 되며 저사양 환경에서는 퍼포먼스가 떨어져버린다.

거기서 개발 팀은 Character Controller에 High, Middle, Low의 바리에이션을 붙혀

이것을 교체하는 것으로 부하를 경감하고있었다는 이야기.

에너미 이동 제어의 부하 경감

오픈 존에 다수의 에너미를 배치한다

동시에 존재하며 돌아다니는 캐릭터 수의 증가

지형 형상의 복잡화에 따라 콜리전도 복잡화하여 콜리전 쿼리(Sweep, Raycast)의 코스트가 증가

저스펙 환경에서 심각한 퍼포먼스 저하 발생

에너미 이동 제어의 부하 경감

Character Controller의 바리에이션을 작성할때마다

High / Middle / Low 바리에이션마다 Sweep 빈도 / 정밀도가 달라진다 예를들면 Low는 Raycast만

각 바리에이션은 간편하면서 동적으로 전환하는 구조로 실장

실장이 끝난 거동을 억제하면서 처리 경감에 성공

🌑로드

로드에 대해서는 고속 이동이 즐거움으로 이어지는 시리즈인만큼 「오픈 존에서 이동중에 로드하지 않는다」

「패스트 트래블해도 로드를 하지 않는다」라는 목표가 정해졌다.

모든 모델과 콜리전을 온메모리로 올리고 스트리밍 로드를 하지 않는 것으로 I/O를 텍스쳐에 집중.

텍스쳐에 대해서는 게임 진행을 멈추지 않는 것을 우선하여 가까이 있는 것에 대해서만 고해상도 텍스쳐를 로드

저사양 환경에서는 텍스쳐의 해상도를 떨어뜨린다는 방법으로 앞에 서술한 목표를 달성할 수 있었다고 한다.

또한 긴 로드 시간의 최적화도 이행되어 특정 신에서 25초가 걸린 로드 시간을 14초까지 단축하는 성과도 냈다고 한다.

로드 목표

소닉의 재미는 고속 이동

이동중에 로드로 인해 게임이 멈추거나 고속 이동으로 인해 동작에 문제가 발생하는 것은 부적절

패스트 트래블에 로드가 들어가면 고속 게임의 템포를 방해함

오픈 존에서 이동중에 로드를 하지 않는다

패스트 트래블을 하여도 로드를 하지 않는다

로드 전략의 결정

Texture Streaming + LoD

Texture Streaming

최소 밉은 온메모리, 고해상도 텍스쳐를 근거리에만 로드한다

PF에 따라 표현이 지연되는 케이스가 있으나 게임 진행은 멈추지 않고 진행됨

저스펙 환경에서는 텍스쳐 해상도를 내려 스트리밍 량을 억제하는 PF의 차이를 포함한 퍼포먼스 밸런스를 취하기 쉬움

모델, 콜리전

모든 모델(LoD 포함), 콜리전을 온메모리

스트림 로드를 하지 않는 것으로 패스트 트래블시에 이러한 로드가 볼필요

I/O 퍼포먼스를 Texture에 집중시킨다

게임 진행에 필수인 외형과 콜리전은 항상 유지하면서 이동중 / 패스트 트래블시의 로드 배제에 성공

로드 최적화

처음에 로드한 리소스(모델, 콜리전)이 많아 오픈 존 로드 시간이 길어졌다

로드 해석 기능을 Hedgehog Engine에 추가

로드 최적화

스톨 상황을 가시화

1. 동적인 로드 버퍼 확보

2. 로드 처리 병열화

3. 로드 우선도 조정

4. 패키지 분할 입도 조정

특정한 신에서 25초였던 로드를 14초로 단축

이러한 대처로 토쿠나가씨는 「도전의 축적이 중요」하다고 총괄한다.

한걸음 한걸음 쌓아하는 것, 그리고 도전에 임해도 일반적인 기술을 쓰는 것이 중요하다고 말했다.

애플리케이션에 임한 일 요약

도전의 축적이 중요

소닉 팀에는 이전부터 km 단위의 스테이지를 만드는 구조가 있었다.

그래서 오픈 존으로의 도전도 커다란 변화라 할 것은 한정적이었다.

하나씩 도전하는 것으로 확실하게 앞으로 나아갈 수 있다.

기술의 활용

일반적인 기술인 Height Map / Heidht Field(Bullet Physics), NavMesh, Texutre Streaming을 활옹하여

오픈 존을 실현할 수 있었다.

목표의 명확화와 병목의 분석

로드 전략에는 게임 디자인을 기반하여 판단하는 것으로 목표를 명확하게.

로드 최적화는 분석하여 병목 지점을 명확하게 밝히는 것이 무엇보다 중요했다.

개발에 대해서는 애셋 관리나 변환을 하는 「Asset Studio」,

게임 내와 같은 쉐이딩, 라이팅 모델을 Maya상에서 재현할 수 있는 플러그인 「Needle Viewer」,

Maya와 게임을 MCS 서버를 경유하여 연결하는 「Scene Sync」 등 다양한 툴을 만들었다.

예를 들면 코스 생성 툴에서는 Maya상에서 매쉬를 선택하고 코스를 만들면

Scene Sync로 인해 콜리전이 붙은 상태로 게임 측에 전달되기 때문에 즉시 테스트 플레이가 가능하다고 한다.

또한 개발 중기 이후엔 코로나로 인한 재택 근무로의 이행이 강제되었기에

개발 환경을 더욱 최적화하지 않으면 안된다는 곤란함도 있었다고 한다.

Hedgehog Engine

게임 앱(PC, 콘솔) ↔ MCServer

↕

에디터 그룹

Maya

UI 에디터

파티클 에디터

스테이트 머신 에디터

컷신 에디터

↔

TCP/IP

↕

AssetStudio

스탠드얼론 툴

로컬라이즈 지원 툴

아카이버

DCC 툴 플러그인

AssetStudio

1. 디렉토리 트리

2. 리소스 리스트

3. 의존 플러그

4. 플랫폼, 언어

NeedleViewer

Maya의 Viewport 플러그인

내부적으로는 Hedgehog Engine이 동작

게임과 동일

쉐이딩, 라이팅 모델이 Maya상에서 재현됨

SceneSync과 코스 생성 툴의 연동

식생, 소품 배치 시스템 (1)

식물이나 바위 등 대량의 인스턴스는 전용 시스템에 의해 배치 정보를 구축, 묘화

사전 생성된 포인트 클라우드에 의해 배치되는 모드와

런타임에서 프로시저로 배치하는 모드의 2가지 모드

사전 생성된 포인트 클라우드는 용도에 따라 Maya의 Mash, TA 작성의 Maya 스크립트, Houdini에 의해 생성

식생, 소품 배치 시스템 (2)

런타임에서 프로시저로 설치하는 모드에는

배치 확률과 식생 그룹을 정의한 바이옴 등을 각 컬러 채널에 포함한 바스크 텍스쳐를 이용하여 런타임에서 자동 생성

어느 정도의 클러스터 단위로 포인트 클라우드를 생성, 캐쉬.

매 프레임 LoD의 전환 처리와 HiZ 버퍼를 사용한 GPU 오클루전 컬링을 한 후 DrawIndirect로 묘화

식물에 대해서는 플레이어와의 콜리전 핸들링, 바람에 의한 흔들림, 사이루프에 의한 제초(미니 게임 한정) 등에 대응

이노쿠마씨는 이렇게 임한 일에 대하여 특별한 것을 한 것은 아니라고 말한다.

적절한 기술 평가와 선정, 단순 작업의 자동화, 프로파일을 통해 병목 지점을 특정하고 집중적으로 대책을 실시한다는

당연한 축적을 한 것이라고 개발을 되돌아봤다.

스피드라는 강렬한 개성을 가진 소닉.

새로운 오픈 존에 도전하기 위해서는 이것을 살리면서도 게임으로서 플레이하기 쉽게 하기 위한 여러 공부가 필요했다.

2023년 9월 29일에 무료 대형 업데이트 제3탄도 배포되어 에이미나 너클즈, 테일즈가 플레이어블이 된 소닉 프론티어.

본 강연에서 이야기한 것을 의식하면서 다시 한번 플레이해보는 것도 재밌지 않을까.

https://www.4gamer.net/games/608/G060894/20231127053/

선회 같은 몇몇 부분은 이제야 다시 알았구나 싶긴 한데... 역시 노하우는 여기서 말한대로 계속 쌓아가는게 중요한 듯

그리고 코로나 크리가 어지간히 쎘는지 재택 전환도 살짝 언급해주네 이거 때매 최소 반년 ~ 1년치는 밀렸을거니 지금 생각해도 초큼 아쉽네