기술을 기술하다

Unity3D에서 Observer패턴을 이용한 연산량 감소

디자인패턴으로 코드의 아름다움뿐만 아니라 성능까지

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2019/02/06 Share

개요

  • 도플러 효과를 이용한 실감 음향 기술을 제안하는 프로젝트를 Unity3D와 아두이노(움직이는 스피커)를 이용하여 진행.
  • 음원의 이동에 따른 도플러 효과를 고려(계산)하기 위하여 Unity3D내 주요 개체들이 음원 개체의 위치를 매순간 참조
  • Unity3D내 주요 개체들이 음원 개체를 매번 참조하는 것이 아닌, 음원 개체의 위치가 변경될 때만 위치를 참조하여 계산을 하도록 설계하면 프로그램 연산량이 감소될 것이라 기대

기존 구현 방법 및 문제점

  • Unity3D의 MonoBehaviour 클래스의 Update() 메소드를 이용하여 구현

    • Update() 메소드는 매 프레임마다 호출되는 이벤트 함수
    • 주요 개체(Listener, LeftSpeaker, RightSpeaker, RealSoundEffector 등)들의 Update() 메소드에서 매 프레임마다 음원 개체의 위치를 참조하여 연산
    • 프레임마다 주요 개체들이 음원 개체와의 거리, 출력량, 회전각도, 도플러 효과 적용 등의 연산을 수행
  • 위의 방법은 연산 중복으로 인한 비효율 발생

    • 음원 개체가 정지되어 있거나, 움직이는 속도가 느리면 아래의 그림과 같이 연산 중복이 발생

      Operation_Duplication

      • 음원 개체가 이전과 같은 위치이기 때문에 연산 결과가 동일함에도 프레임이 변경되었기 때문에 불필요 연산 수행

Observer 패턴 적용

  • Observer 패턴

    • Subject의 상태가 변할 때 Observer 객체들이 변화를 통지 받고 연산 수행
  • Observer 패턴 적용

    • Subject: 음원 개체 (SoundSource)
    • Observer: 청자 개체 (Listener), 스피커 개체 (LeftSpeaker, RightSpeaker), 음향 효과 개체 (RealSoundEffector)
  • 음원의 위치가 변경되었을 때에만 연산 수행

    • 성능 향상 기대
    • 불필요 데이터 제거로 인한 데이터 분석의 편리함 기대

클래스 관계도

Class_Diagram

주요 소스코드

  • 음원 개체 (SoundSource) 클래스
    • List를 이용해 Observer 관리
    • RegisterObserver, RemoveObserver, NotifyObservers 구현
    • Update() 메소드를 이용해 프레임마다 위치 변화 확인
  • Observer
    • 청자 개체 (Listener), 스피커 개체 (LeftSpeaker, RightSpeaker), 음향 효과 개체 (RealSoundEffector) 등
    • OnNotify() 메소드를 통해 상태 변화 전달받음
    • 기존 Update() 메소드에서 연산 불필요
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void Update()
{
if (OnKeyDown())
{
audio.Play();
command.Execute();
}
if (position != gameObject.transform.position)
{
position = gameObject.transform.position;
NotifyObservers();
}
}

결론

  • 동일 기능 수행 시 비교 결과

result1

  • 동일 연산량 수행 시 비교 결과

result1

  • 결과 분석
    • 동일 수행에 대한 연산량이 약 7배 감소
    • FPS (초당 프레임 수) 평균값 증가
      • 성능 향상
    • FPS 표준 편차 감소
      • FPS 안정화
  • 기대효과
    • Unity3D를 사용하는 다른 프로젝트에도 적용 가능
    • Gamer의 캐릭터를 추적해 쫓는 몬스터
      • 몬스터 시야에 Gamer가 들어왔을 때 쫓는 기능을 Observer 패턴으로 구현
CATALOG
  1. 1. 개요
  2. 2. 기존 구현 방법 및 문제점
  3. 3. Observer 패턴 적용
  4. 4. 클래스 관계도
  5. 5. 주요 소스코드
  6. 6. 결론