유니티에서 ‘멀티스레딩’을 활용해 게임 성능을 극대화하는 법

1. 멀티스레딩의 중요성과 필요성

게임 개발에서 성능 최적화는 언제나 중요한 이슈입니다. 특히, 복잡한 게임 환경을 만들 때 CPU 자원의 효율적인 활용은 필수적입니다. 대부분의 게임은 단일 스레드에서 실행되지만, 점차 복잡해지고 커지는 게임의 연산 요구를 처리하기 위해 멀티스레딩(Multi-threading) 기법이 필요해졌습니다. 멀티스레딩을 통해 동시에 여러 작업을 처리할 수 있어 게임 성능이 비약적으로 향상됩니다.

유니티는 기본적으로 단일 스레드로 동작하지만, 멀티스레딩을 적절히 활용하면 다양한 상황에서 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다. 예를 들어, AI 연산, 물리 계산, 애니메이션, 렌더링 등 시간 복잡도가 큰 작업들을 멀티스레딩으로 분리하여 처리하면 CPU 사용률을 최적화할 수 있습니다.

2. 멀티스레딩의 개념과 특징

멀티스레딩은 하나의 프로세스 내에서 여러 개의 스레드를 생성하여 동시에 실행시키는 기법입니다. 각 스레드는 독립적으로 작업을 수행하며, 이러한 병렬 처리로 인해 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.

멀티스레딩을 유니티에서 활용하는 것은 비교적 복잡할 수 있지만, 잘 활용하면 프레임 레이트와 반응 속도를 크게 개선할 수 있습니다. 다만, 멀티스레딩을 잘못 구현하면 동기화 문제나 데이터 충돌이 발생할 수 있으므로 주의가 필요합니다.

3. 유니티에서 멀티스레딩을 활용한 AI 경로 탐색 및 물리 연산

게임 개발에서 자주 발생하는 문제 중 하나는 **경로 탐색(Pathfinding)**이나 **물리 연산(Physics Simulation)**과 같은 CPU 연산이 매우 많은 작업들이 메인 스레드를 차지하여 프레임률을 떨어뜨리는 것입니다. 이때 멀티스레딩을 활용하여 작업을 분리하면 메인 스레드의 부하를 줄이고 게임의 성능을 개선할 수 있습니다.

예시: AI 경로 탐색과 물리 연산을 멀티스레드로 처리

이번 예시에서는 AI 캐릭터가 길을 찾는 경로 탐색 작업을 멀티스레딩을 통해 처리하고, 물리 계산도 분리하여 게임의 메인 프레임을 부드럽게 유지하는 방식으로 구현합니다.

코드 예시:

using System.Collections;
using System.Threading;
using UnityEngine;

public class PathfindingWithPhysics : MonoBehaviour
{
    private Thread pathfindingThread;
    private Thread physicsThread;

    private bool pathfindingComplete = false;
    private bool physicsUpdateComplete = false;

    private Vector3 destination = new Vector3(10, 0, 10);  // 목표 지점
    private Vector3 currentPosition;

    // AI 경로 탐색 클래스
    private void Start()
    {
        currentPosition = transform.position;

        // 경로 탐색을 별도의 스레드에서 처리
        pathfindingThread = new Thread(new ThreadStart(PerformPathfinding));
        pathfindingThread.Start();

        // 물리 연산을 별도의 스레드에서 처리
        physicsThread = new Thread(new ThreadStart(PerformPhysicsUpdate));
        physicsThread.Start();
    }

    void Update()
    {
        if (pathfindingComplete)
        {
            // 경로 탐색이 완료되면 경로를 따라가도록 설정
            MoveAlongPath();
        }

        if (physicsUpdateComplete)
        {
            // 물리 업데이트가 완료되면 게임 오브젝트에 적용
            ApplyPhysics();
        }
    }

    // 경로 탐색 수행
    private void PerformPathfinding()
    {
        // AI 경로 탐색 (단순화된 예시로, 실제로는 A* 알고리즘을 사용)
        for (int i = 0; i < 1000000; i++)
        {
            // CPU 부담을 줄이기 위해 단순화된 예시
        }

        // 경로 탐색 완료 후 메인 스레드에 완료 신호 전달
        pathfindingComplete = true;
        Debug.Log("Pathfinding complete.");
    }

    // 물리 업데이트 수행
    private void PerformPhysicsUpdate()
    {
        // 물리 연산 수행 (간단한 중력 계산 예시)
        for (int i = 0; i < 500000; i++)
        {
            // 중력 시뮬레이션
            currentPosition.y -= 0.01f;
        }

        // 물리 업데이트 완료 후 메인 스레드에 완료 신호 전달
        physicsUpdateComplete = true;
        Debug.Log("Physics update complete.");
    }

    // 경로를 따라 이동
    private void MoveAlongPath()
    {
        // 경로를 따라 AI가 이동하는 예시 (단순화된 버전)
        transform.position = Vector3.MoveTowards(transform.position, destination, 0.1f * Time.deltaTime);
    }

    // 물리 효과를 오브젝트에 적용
    private void ApplyPhysics()
    {
        // 물리 연산이 끝난 후 적용 (간단한 중력 예시)
        transform.position = currentPosition;
    }

    // 애플리케이션 종료 시 스레드 종료
    private void OnApplicationQuit()
    {
        pathfindingThread.Abort();
        physicsThread.Abort();
    }
}

코드 설명:

1. 경로 탐색: PerformPathfinding 메서드는 AI의 경로 탐색을 별도의 스레드에서 실행합니다. 실제로는 A* 알고리즘이나 다른 경로 탐색 알고리즘을 사용할 수 있으며, 복잡한 연산을 진행하므로 멀티스레딩을 사용하여 메인 스레드의 부담을 줄입니다.
2. 물리 연산: PerformPhysicsUpdate 메서드는 물리 연산(간단한 중력 시뮬레이션)을 별도의 스레드에서 처리합니다. 이 방식으로 물리 연산이 게임의 프레임을 방해하지 않고 독립적으로 처리되므로 프레임 드랍을 줄이는 효과를 얻을 수 있습니다.
3. 메인 스레드에서 결과 처리: Update 메서드에서는 멀티스레딩 작업이 끝난 후 결과를 메인 스레드에서 반영합니다. 경로 탐색이 완료되면 캐릭터는 목표 지점으로 이동하고, 물리 연산이 끝나면 적용된 물리 효과가 오브젝트에 반영됩니다.
4. 스레드 종료: 게임이 종료되면 OnApplicationQuit 메서드를 사용하여 안전하게 스레드를 종료합니다. 스레드를 제대로 종료하지 않으면 예기치 않은 동작이 발생할 수 있습니다.

4. 멀티스레딩 활용의 장점

• 성능 최적화: 멀티스레딩을 사용하여 CPU의 여러 코어를 동시에 활용함으로써 여러 연산을 병렬로 처리할 수 있어 게임의 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.
• 프레임 레이트 향상: 복잡한 연산을 메인 스레드와 분리하여 실행하면 게임의 프레임 레이트가 안정적으로 유지됩니다. 특히 AI 계산이나 물리 연산이 복잡할 경우 그 효과가 더욱 두드러집니다.
• 부드러운 사용자 경험: 멀티스레딩을 활용하면 프레임 드랍을 방지하고, 사용자가 게임을 하는 동안 버벅임 없이 부드럽게 플레이할 수 있도록 만듭니다.

5. 멀티스레딩 활용의 단점

• 동기화 문제: 여러 스레드에서 데이터를 공유할 때 동기화 문제가 발생할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 lock이나 mutex를 사용하여 데이터 충돌을 방지해야 합니다.
• 디버깅의 어려움: 멀티스레딩에서는 예기치 않은 타이밍에 문제가 발생할 수 있기 때문에, 디버깅이 더 어려울 수 있습니다. 동시성 문제는 추적하기 힘들기 때문에 코드 작성 시 신중해야 합니다.
• 복잡한 코드 관리: 멀티스레딩을 적절히 활용하기 위해서는 코드 구조를 신중하게 설계해야 합니다. 잘못된 멀티스레딩 사용은 성능 저하를 일으킬 수 있습니다.

6. 마무리

멀티스레딩은 성능 최적화를 위해 매우 중요한 기술입니다. 유니티에서 멀티스레딩을 잘 활용하면 게임의 반응 속도와 프레임 레이트를 크게 향상시킬 수 있습니다. 그러나 잘못된 사용은 동기화 문제나 디버깅의 어려움을 초래할 수 있으므로 주의가 필요합니다. AI 경로 탐색과 물리 연산과 같은 CPU 집약적인 작업을 멀티스레딩으로 분리하여 성능을 최적화하는 방법은 게임 개발에서 매우 유용한 기법입니다.