유한 상태 기계(Finite State Machines, FSM) #1 (2/3)

원문은 이곳에서 보실수 있습니다.
내용이 길어 총 3편으로 나눠서 올리겠습니다.
*번역을 하면서 이해가 잘되지 않은 부분은 원문과 같이 배치하였습니다.

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(1편에 이어서 계속)

유한 상태 기계의 타입

많은 사람들이 알다시피, 유한 상태 기계를 만드는 것을 도와주는 많은 그래픽 툴이 있다. - 이 튜토리얼은 코드 기반의 FSM에 대한 것이다. 만약 그래픽 툴을 사용하고 싶다면, PlayMaker 또는 그외 경쟁사 제품을 확인해봐라. - 하지만 그래픽 툴을 이용하는 것은 스스로 코드를 작성하는 것보다 훨씬 더 많은 제약이 존재한다.

여기에는 2가지 형태의 코드 기반 FSM이 있다.

Discoverable FSM/On Demand FSM

가끔씩, 특별한 목적으로 특정 시간에, 어떤 대상의 상태만 알면 되는 경우가 있다. discoverable FSM은 
상황을 샘플링하고, 후보 상태들의 집합을 알기위해 그들을 분석함으로써, 당신이 상태를 정의할 수 있게 한다.

식기세척기를 가지고 있다고 상상해보자. 당신은 식기세척기를 열거나 닫을 수 있다. 그리고 만약 열었을 때, 당신은 세척기안에 있는 서랍과 관련된 일을 할 수 있다. 세척기를 켜고 끌 수 있는 제어 버튼이 있다.

제어 버튼을 누를 때, 식기세척기의 상태를 알아야 한다. 

- 예를 들어 닫기, 열기, 서랍 열기를 할 수 있다고 하자.

Now you don't really define the state of the washer per se - because in its open state the drawers could be anywhere and the effort of testing whether they're open or fully shut would be a lot of processing each time that they moved.  So this could be a good use for a discoverable state machine.

사실 당신은 세척기 그 자체의 상태를 정의하지 않는다. - 왜냐하면 열려있는 상태에서, 서랍은 어떤 곳이든 있을 수 있고, 그들이 열려있거나 완전하게 닫혀있는지를 검사하는 것은 많은 프로세스가 필요하기 때문이다. 그래서 이는 discoverable 상태 기계의 효율적인 사용이 될 수 있을 것이다.

제어 버튼을 누를 때(그리고 다른 때에 가능성이 있는), 세척기 컴포넌트의 상태 코드 샘플 조각을 가질 수 있을 것이다. 그리고 3가지 상태중 하나를 리턴할 것이다. - 다른 모든 코드는 반환된 상태를 사용한다. 예를 들어, 서랍이 열려있을 때, 닫기 버튼을 누르는 것은, 우선 서랍을 닫고, 다음에 세척기의 문을 닫을 것이다.

이와같이 상태를 사용하는 것은 당신의 코드를 DRY하도록 유지하는데 도움을 줄 것이다.

DRY는 Don't Repeat Yourself(코드 중복 방지)를 나타내며, 당신은 이것을 좌우명으로 삼으려고 노력해야 한다.

만약 2개 혹은 그 이상의 실질적으로 똑같은 코드를 가지고 있다면, 어느 날 당신은 그들 중 하나를 수정할 것이고, 나머지 것들을 수정해야 한다는 사실을 잊어버릴 것이다. 가능한 한 당신의 코드를 DRY하도록 노력하면, 많은 불필요한 시간들을 최소화 시켜줄 것이다.

Discoverable 유한 상태 기계는 매우 간단하고, 코드 규칙에 불과하다. 그들의 특성상, discoverable 상태 기계는 더 쉽게 부호결정을 하기 위해서 사용된 간소화된 실제 모델이다. 이 튜토리얼에서, 우리는 상태 전이, 호출가능한 하위 상태 그리고 상태 주입에 대해 배울 것이다. - 이들의 그 어떤 것도 discoverable 모델에 적용되지 않을 것이다.

상태 기계 형태를 혼합하는 것은 지극히 정상이다. DFSMs(discoverable FSM)은 과도하게 반복되는 상황에서 사용될 수 있는 기법이다. 그러나 객체는 완전한 상태 기계에 대해 너무나 간단하게 후보자가 될 수 있다.

Functional Finite State Machines
실용적인 유한 상태 기계

이 튜토리얼의 핵심은 기능적인 유한 상태 기계를 다루는 것이다. 이들은 DRY보다 더 높은 단계의 프로그래밍 기법이며, 이는 당신이 객체에 대해서 다른 방법으로 생각할 수 있게 하고, 당신의 게임을 훨씬 더 쉽게 확장하도록 놀랄만한 논리적인 이식성을 제공한다.

DFSM과 비교했을 때, FFSM의 가장 큰 차이는 객체를 상태에 집어넣는 것이다. 객체가 다른 상태로 이동하기 전까지 현 상태에 거주할 것이다. FFSM은 해당 상태의 특정 로직을 수행할 뿐만 아니라, 빈번히 상태로 들어오고, 나가는 행동을 취할 것이다.

가장 간단한 FFSM은 상태를 묘사하는 enumeration(열거)형으로 구현이 된다. current state는 변수이며, 프로그램이 각 상태로 들어왔을 때, 많은 양의 switch문은 상태에 맞게 각각의 다른 로직을 수행한다. 우리는 이제 시작하려고 한다. 이것은 단지 시작이 아니라 길고 흥미로운 여정이 될 것이다.

튜토리얼 프로젝트

여기에서 튜토리얼 프로젝트를 다운받을 수 있다.(227MB) 이는 완료된 프로젝트이며, 당신은 앞으로 만나게 될 소스들을 그냥 넘어갈 수도 있다.  이 튜토리얼은 쿼터니언 튜토리얼 전체와 놀랍지 않은 유한 상태 기계라고 불리는 beneath 튜토리얼이 포함되어 있다.

Part 1 폴더는 일련의 의사 결정과 마지막 프레임워크에 이르는 기술들 익히도록 도와주는, 상태 기계 프레임워크를 만드는 방법을 보여줄 것이다. Part 2에서는 데모게임을 보여줄 것이다.

이 연재에서는 현재 사용 중인 관련된 씬을 다음과 같이 구별할 것이다.

Part 1/Scene 1

Where We Came In

Scene 1은 쿼터니언 튜토리얼의 마지막 씬과 동일하다. 그리고 우리는 enemy에 초점을 맞춰 시작할 것이다.

이 씬에서 이 Enemy는 MovementStateMachine3 스크립트에 의해 제어되고 있다.

(역자 주 : Scene 1은 Tutorial -> Finite State Machines -> Part1 -> scene1에서 찾을 수 있다)

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IEnumerator Start () {       //Redacted for brevity       //이 객체가 살아있는 동안 반복된다.     while(true)     {         //3~9초 사이의 무작위 값 동안 대기한다.         yield return new WaitForSeconds(Random.value * 6f + 3);          //적이 현재 잠들어 있는지 확인한다.         if(sleeping)            {             //새로운 Zzzzz객체를 emeny 머리 위에 생성한다.             var newPrefab = Instantiate(sleepingPrefab, _transform.position + Vector3.up * 3f, Quaternion.identity) as Transform;             //새로운 프리팹이 카메라와 같은 방향을 보게 만든다.             newPrefab.forward = Camera.main.transform.forward;         }     }   }

Start함수는 enemy의 상태에 대해서 약간 알고 있다 - 이는 잠자고 있는 enemy 머리 위에 Zzzzz 객체를 인스턴스화하고, 계속해서 그들이 잠자고 있다고 간주하고 있는 반복문을 가지는 코루틴을 가지고 있다. 이는 잘 작동하지만, 여기서 로직은 다소 잘 보이지 않는다.

Start함수가 초기화를 끝냈을 때, 다음으로 while(true) 반복문에 들어가고, 이는 객체가 활성화 되어있는 한 계속해서 실행될 것이다. 반복문은 enemy가 자고있는지아닌지를 확인하고, 만약 자고 있다면, prefab을 인스턴스한다.

여기 Update 함수에는 더 많은 상태와  if문들이 있다:

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void Update() {     //Check if something else is in control -     //later we will have coroutines that basically take control     //of the enemy and in that case we need to ignore this     //Update loop     if(_busy)         return;     //적들이 자고있는지 확인한다.     if(sleeping)     {          //적들이 자고있으면 플레이어로부터 얼마나 멀리 떨어져 있는지 확인한다.  //비용이 많이드는 제곱근 연산을 줄이기 위해 모든 거리를 제곱할 것이다.         if((_transform.position - _player.position).sqrMagnitude < _attackDistanceSquared)         { //만약 플레이어 근처에있다면 Sleeping을 off한다.             sleeping = false; //target을 플레이어로 설정한다, 적은 이제 target을 향해 움직일 것이다.             target = _player; //Where this enemy wants to stand to attack, basically make them sneaky //and not approach the player head on             _attackRotation = Random.Range(60,310);         }     }     else     {         //target이 죽고, 다시 sleep으로 돌아갔는지 확인         if(!target)         {             sleeping = true;             return;         }   //target과의 거리를 구한다.         var difference = (target.position - _transform.position);         //약간의 높이차는 무시한다.         difference.y /= 6;         //Get the size of the vector (squared for performance reasons)         var distanceSquared = difference.sqrMagnitude;   //거리가 너무 먼가?         if( distanceSquared > _sleepDistanceSquared)         {             //Put the enemy back to sleep             sleeping = true;         }         //공격할정도로 가까운가?         else if( distanceSquared < _maximumAttackEffectRangeSquared && _angleToTarget < 40f)         {            //어택을 다루는 코루틴을 시작한다.            //코루틴이 실행되는 Update함수는 비활성화 된다. StartCoroutine(Attack(target));         }         //Otherwise time to move         else         {         //Decide target position by taking where the target is and then         //projecting a vector in the direction of the attack angle we         //decided on when we woke up.  Note the length of this vector         //is 80% of the attacks effective range             var targetPosition = target.position + (Quaternion.AngleAxis(_attackRotation, Vector3.up) * target.forward * maximumAttackEffectRange * 0.8f); //target을 향해 기본적인 움직임을 실행한다.             var basicMovement = (targetPosition - _transform.position).normalized * speed * Time.deltaTime;       //지형 높이를 수정할 것이기에 y값은 0으로 설정한다.             basicMovement.y = 0;      //Only move when facing the target - so get the angle between the      //movement vector and the current heading of the enemy             _angleToTarget = Vector3.Angle(basicMovement, _transform.forward); //target이 70도 안에 있는지 확인             if( _angleToTarget < 70f)             {                 //중력을 작용한다.                 basicMovement.y = -20 * Time.deltaTime;                 _controller.Move(basicMovement);             }         }     } }

우리는 attack에 대한 훌륭한 코루틴 기법을 사용할 것이다. 그래서 Update함수는 이를 시작과 함께 제어할 것인지를 결정해야 한다. 만약 그렇다면, 많은 중첩 if문들은 적들이 일어나야 할 시간인지 아닌지를 알아 낼 것이다; 만약 적이 깨어있다면, 플레이어를 추적할 것인지 공격할 것인지를 결정해야 할 것이다. 그 다음 enemy를 대상으로 삼은 타겟의 방향으로 움직이게 처리해야 할 것이다.

이 코드는 잘 작동하지만, 나는 이 코드를 별로 좋아하지 않는다 - 고전적인 프로토타입으로, 슬프게도 오랫동안 버림받았고, 나중에 당신에게 문제를 안겨줄 것이다. Update에서 나눠진 로직들은 혼란스럽다. - 전체 파일을 읽지 않고 sleeping 상태에서 무슨일이 일어나는지는 명확하지 않다.

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IEnumerator Attack(Transform victim) {     //The enemy definitely isn't sleeping now     sleeping = false;     //Turn off the Update loop for now     _busy = true;     //Make sure the target is the victim we called this function with     //this allows us to call Attack and specify a new enemy if we want to     //(not used in the current example)     target = victim;     //Enable the attack animation     _attack.enabled = true;     //Reset the animation to the start     _attack.time = 0;     //Make it have its full weight     _attack.weight = 1;     //Wait for half way through the animation     yield return StartCoroutine(StateMachineBase.WaitForAnimation(_attack, 0.5f));     //Check if still in range     if(victim && (victim.position - _transform.position).sqrMagnitude < _maximumAttackEffectRangeSquared)     {         //Apply the damage         victim.SendMessage("TakeDamage", 1 + Random.value * 5, SendMessageOptions.DontRequireReceiver);     }     //Wait for the end of the animation     yield return StartCoroutine(StateMachineBase.WaitForAnimation(_attack, 1f));     //Stop the attack animation having any impact     _attack.weight = 0;     //Re-enable the Update loop     _busy = false; }

Attack을 호출하는 것은 객체의 상태를 바꾼다. 왜냐하면 sleeping에 영향을 주기때문이다. 또 Update문에서 상태 기계 처리때문에 호출될 수 도 있을 것이다. - 이는 if문들과 관련된 문제이다 - 이들은 객체를 수정하기 쉽고, 잠재적으로 유효한 상태에 있는 객체를 남겨두지만, 상태를 정의하기는 어렵다. 머리를 긁적이면서 많은 테스트를 하게 될 것이다. 그 다음에는  _bush에 영향을 미친다. Sleeping이 Update와 Start에 영향을 주는 동안 , 마찬가지로 이것또한 Update의 처리에 영향을 미친다. - 아직도 혼란스러운가?

나는 앞으로 계속 나아갈 수도 있지만, 그러지 않을 것이다. 나는 당신 이 완벽하게 기능적인 코드 조각은 실제 문제의 소지가 아주 크다는 것에 동의할 것이라고 생각한다.


(다음 글에서 계속)