Projekt Z에서 비주얼 충실도와 성능의 균형 맞추기: Beyond Order

Projekt Z: Beyond Order, 314 Arts의 첫 번째 대형 상업 타이틀은 영화 같은 스토리텔링과 강렬한 팀 중심의 게임 플레이를 혼합한 4인 협동 좀비 액션 슈터입니다.

팀은 강력한 비주얼과 분위기 있는 조명 및 환경을 갖춘 멀티 플랫폼 게임을 만들기 위해 나섰습니다. 그들은 목표에서 벗어나지 않았지만, 긴 개발 과정 동안 성능 문제에 직면했습니다. 그들이 그것을 극복한 방법은 다음과 같습니다.

Projekt Z: Beyond Order: Unity 활용 사례

스튜디오는 플랫폼 간 성능을 유지하면서 비주얼 충실도를 어떻게 향상시킬까요?

314 Arts가 Projekt Z: Beyond Order를 여러 플랫폼으로 가져올 때, 그들의 동기는 단순히 시장 도달률에 관한 것이 아니라 기술적 도전을 해결하는 것이었습니다.

“콘솔은 자원이 제한적이기 때문에 성능을 유지하면서 우리의 비주얼 및 게임 플레이 목표를 달성하는 것은 복잡합니다. 하지만 그것이 흥미로운 이유입니다.”라고 314 Arts의 공동 창립자이자 게임/레벨 디자이너인 저스틴 미어쉬가 말합니다. “당신은 끊임없이 최적화하고 하드웨어에서 모든 힘을 짜내고 있습니다. 게임이 우리의 목표에 가까워지는 것을 보는 것은 믿을 수 없을 만큼 만족스럽습니다.”

처음부터 팀은 그들의 야망이 하드웨어 한계를 밀어붙일 것이라는 것을 알고 있었습니다. “성능은 우리의 가장 큰 도전이었습니다.”라고 미어쉬가 덧붙입니다. “우리는 또한 Unity가 최대 잠재력에 도달했을 때 무엇을 할 수 있는지를 보여주고 싶었습니다.”

결과

Steam Deck에서 플레이할 수 없는 성능을 일관된 30 fps로 향상시켰습니다.

GTX 1060에서 프레임 속도를 30 fps에서 55 fps로 증가시켰습니다.

GPU 시간에서 약 2-3 ms를 얻었습니다.

고해상도 렌더 파이프라인(HDRP)을 활용했습니다.

처음부터 314 Arts는 Projekt Z: Beyond Order가 어두운 영화적 분위기를 달성하기 위해 강력한 렌더링 기술이 필요하다는 것을 알고 있었습니다. “HDRP는 우리의 목표를 달성하는 데 매우 중요했습니다.”라고 Miersch가 말합니다. “우리는 가능한 한 많은 유연성을 가진 최고 품질이 필요했고, 그것이 바로 우리가 원하는 미래 지향적인 솔루션을 제공했습니다. 레이 트레이싱과 같은 새로운 기술에 대비할 수 있습니다.”

HDRP의 조기 채택은 팀에게 화면 공간 글로벌 조명(SSGI), 딥 러닝 슈퍼 샘플링(DLSS), 피델리티FX 슈퍼 해상도(FSR), 확장 가능한 시간적 후처리(STP)와 같은 진화하는 기능에 접근할 수 있게 하여 시각적 품질과 저사양 하드웨어에 대한 접근성을 개선했습니다. 그러나 프로파일링 결과 그림자가 주요 성능 병목 현상으로 나타났습니다. 품질을 희생하지 않고 이를 해결하기 위해 팀은 HDRP 그림자 관리자(HSM)라는 맞춤형 도구를 개발했습니다.

HSM은 엔진이 그림자를 렌더링하는 시기와 방법을 동적으로 제어합니다. HSM은 먼 거리에서 그림자를 비활성화하고, 정적 그림자를 캐시하며, 필요할 때만 실시간 렌더링을 활성화합니다. 또한 그림자 크기, 빛의 종류 및 거리를 고려하여 부드러운 성능을 유지하며, 팝인 현상을 피하기 위한 수동 조정 옵션을 제공합니다. “HSM은 그 유연성 덕분에 HDRP로 할 수 있는 것을 정말 잘 보여줍니다.”라고 Miersch가 말합니다. “다음으로 우리는 먼 조명 오버헤드를 없애기 위해 가짜 조명과 그림자 데칼을 사용할 계획입니다.”

공동 창립자이자 프로그래머인 Maximilian Kube는 많은 렌더링 문제가 팀의 창의적 야망에서 비롯되었다고 설명합니다. “엔진에 관한 것이 아니라 시각적 충실도에 대한 스마트한 선택을 하는 것입니다. 볼륨 렌더링, 그림자 및 텍스처를 최적화하여 상당한 이득을 얻었습니다. 우리는 볼륨 안개 예산을 줄이고, 그림자 해상도를 512 또는 1K로 낮추고, 텍스처 크기를 선택적으로 조정했습니다.”

파괴 가능한 레벨 구축

팀은 환경을 강화하기 위해 레벨 디자인에 유혈을 추가했습니다. 그들은 타임라인을 사용하여 애니메이션과 시네마틱 효과를 만들고 편집했습니다. “우리에게는 중요한 시스템이었습니다.” “가장 흥미로운 점은 우리가 시네마틱 이상으로 사용했다는 것입니다.”라고 미어쉬가 말합니다. “일반적인 레벨 디자인 워크플로우에서 유용하게 사용되었습니다.”

그들은 자체 노드 기반 미션 시스템을 구축했기 때문에 레벨 디자이너는 타임라인에서 애니메이션을 만들고 이를 미션을 위한 노드 편집기에 연결했습니다. 이로 인해 아이디어를 빠르게 테스트할 수 있었습니다.

“승인을 받은 후, 우리는 타임라인 내에서 모델을 업데이트하고 일부 VFX 및 SFX를 추가했습니다.” 그것은 미션 반복 속도를 정말로 높였습니다.”라고 미어쉬가 말합니다.

게임 개발이 계속됨에 따라, 그들은 생생하고 만족스러운 시각적 피드백과 최적의 성능 사이의 균형을 이루기 위해 노력했습니다. “유혈은 우리와 같은 좀비 게임에 필수적이지만, 프레임 속도가 최우선입니다.” 우리는 플레이어가 모든 타격의 영향을 느끼기를 원했습니다 – 팔다리가 날아가고, 피가 튀고, 눈에 보이는 상처가 생기면서도 fps가 떨어지지 않도록.”라고 큐브가 설명합니다.

그들은 화면에 동시에 수십 마리의 좀비를 처리할 수 있는 매우 효율적인 좀비 피해 시스템을 구축했습니다. “목표는 모든 만남이 잔인하고 시네마틱하게 느껴지도록 하는 것이었습니다.”라고 큐브가 계속 말합니다. “그러나 엔진 관점에서 기술적으로 매끄럽게 유지하는 것이었습니다.”

그들의 워크플로우의 일환으로, 좀비는 모든 피해 상태에서 하나의 재료를 공유하며, 절단되더라도 단일 스킨 메쉬로 남아 있습니다. 그들은 가능한 한 비싼 인스턴스화 및 파괴 작업을 피하기 위해 객체 풀을 통해 피와 기타 효과를 공유합니다.

GPU 성능 향상

성능 문제들이 증가함에 따라, 팀은 솔루션을 위해 유니티의 통합 성공 팀에 도움을 요청했습니다. 프리미엄 지원에 접근함으로써, 그들은 대부분의 중요한 문제를 24시간 이내에 해결했습니다.

팀의 진정한 돌파구는 프로젝트 리뷰에서 나왔습니다. “유니티 엔지니어가 며칠 동안 우리 프로젝트에 깊이 관여하는 것은 게임 체인저였습니다.”라고 미어쉬가 말합니다.

NVIDIA RTX 3090에서의 GPU 캡처는 1080p에서도 게임이 프레임 예산을 초과했음을 보여주었습니다. SSGI 및 지연 조명과 같은 패스는 잘 확장되었지만, GBuffer, 그림자 매핑, 깊이 프리패스 및 모션 벡터는 최적화가 필요했습니다.

“GBuffer 패스만으로도 우리의 GPU 시간의 20% 이상을 차지했습니다. PIX 분석에 따르면, 잘못된 GPU 설정으로 인해 Early-Z를 비활성화하면 비용이 많이 드는 드로우 호출이 발생했습니다. Early-Z는 픽셀 셰이더 전에 깊이 테스트를 수행하여 가려진 픽셀에서 픽셀 셰이딩을 건너뜁니다.”라고 큐브가 설명합니다. “Early-Z 최적화를 비활성화한 셰이더 구성을 수정한 후, 우리는 프레임당 약 2~3밀리초를 얻었습니다.”

그림자 렌더링은 다음으로 큰 비용이었으며, 특히 포인트 라이트 그림자가 그렇습니다. “우리는 매 프레임마다 업데이트되는 포인트 라이트가 너무 많았고, 일부는 10,000미터까지의 페이드 거리를 가지고 있었습니다.”라고 미어쉬가 말합니다. “가능한 경우 스포트라이트로 전환하고, 페이드 거리를 줄이며, 그림자가 필요할 때만 업데이트되도록 설정함으로써, 우리는 시각적 영향을 주지 않으면서 GPU 사용량을 크게 줄였습니다.”

깊이 프리패스 최적화도 중요했습니다. 개발자들은 깊이 버퍼를 채우기 위해 모든 메시를 렌더링하는 전체 깊이 프리패스 옵션을 사용했습니다. 기본적으로 HDRP는 이 패스를 알파 클립 또는 서브서피스 스캐터링 객체와 같은 복잡한 재료로 제한하여 GPU 작업량을 줄입니다.

“우리는 전체 깊이 프리패스가 있는 경우와 없는 경우의 성능을 벤치마킹했으며, LOD 수준을 최적화하고, 기하학을 단순화하며, 먼 객체에 대한 데칼 또는 서브서피스 스캐터링을 비활성화했습니다.”라고 큐브가 말합니다. “이 모든 것이 시각적 품질을 희생하지 않으면서 오버드로우를 줄이는 데 도움이 되었습니다.”

모션 벡터 향상은 GPU 부하를 더욱 줄였습니다. “엔진은 모션 벡터 패스에서 불필요하게 많은 정적 객체를 렌더링하고 있었습니다.”라고 미어쉬가 설명합니다. “비애니메이션 객체를 카메라 모션 전용 또는 강제 비모션으로 설정하고, 먼 객체를 컬링함으로써, 우리는 시각적 충실도에 영향을 주지 않으면서 GPU 시간을 크게 줄였습니다.”

이러한 권장 사항을 구현한 후, 성능이 극적으로 향상되었습니다. 이제 게임은 Steam Deck에서 안정적인 30 fps로 실행되며, GTX 1060에서는 프레임 속도가 30 fps에서 55 fps로 증가했습니다.

“통합 성공 팀은 성능을 개선하는 데 도움을 줄 뿐만 아니라 엔진을 더 잘 이해하는 방법도 가르쳐 주었습니다.”라고 Miersch가 말합니다. “Unity 엔지니어와의 직접적인 접근과 실행 가능한 통찰력이 모든 차이를 만들었습니다.”

CPU 성능 최적화

GPU 병목 현상이 통제되면서 CPU 파이프라인으로 주목이 전환되었습니다. 게임이 GeForce RTX 3090에서 4K로 GPU에 제한되어 있는 반면, 1080p에서는 부하가 이동하여 메인 스레드가 약 28ms 프레임 시간의 절반을 렌더링에 소비합니다. “프로파일링 결과 HDRP의 렌더 그래프와 스크립터블 렌더 컨텍스트가 대부분의 CPU 오버헤드의 원인으로 나타났습니다.”라고 Miersch가 말합니다.

렌더 그래프는 조명 데이터를 준비하고, 렌더 패스를 기록 및 컴파일하며, 순서대로 실행합니다. 스크립터블 렌더 컨텍스트는 컬링 결과에 따라 드로우 명령을 처리합니다. 성능은 장면 조명, 렌더 패스 및 패스당 드로우 호출 배치에 따라 달라집니다.

최적화를 위해 팀은 HDRP의 설정을 평가하고, 불필요한 패스를 건너뛰기 위해 동적 렌더 패스 컬링을 활성화하고, 저해상도 투명성, 거리 컬링 및 레이어 기반 컬링 거리와 같은 옵션을 테스트했습니다. “카메라에 가까운 작은 객체를 컬링함으로써 드로우 호출, 그림자 캐스터 및 오버드로우를 줄였습니다. 이로 인해 CPU와 GPU 성능 모두 향상되었습니다.”라고 Miersch가 설명합니다.

팀의 Unity 6 업그레이드도 CPU 성능을 개선했습니다. 그들은 GPU 레지던트 드로워(GRD) 기능을 사용하여 BatchRendererGroup API를 활용하여 드로우 호출을 줄이고, 프레임당 적은 데이터를 업로드하며, 메인 스레드 차단을 줄였습니다. “GRD를 활성화함으로써 메인 스레드와 렌더 스레드 모두 측정 가능한 이득을 보았습니다.”라고 Miersch가 설명합니다.

그들은 또한 작은 메시를 자동으로 컬링하여 드로우 호출을 줄였습니다. 너무 작아서 프레임에 의미 있는 영향을 미치지 않는 객체입니다.

“HDRP는 구현에서 렌더 그래프 시스템을 광범위하게 사용하며, 이는 일부 CPU 오버헤드를 초래할 수 있습니다. Unity 6에서는 렌더 그래프 캐싱을 활용하여 이전 프레임 컴파일 결과를 재사용했습니다.”라고 Kube가 말합니다. “엔진은 더 이상 매 프레임마다 렌더 그래프를 다시 컴파일할 필요가 없으며, 이는 우리의 비용을 크게 줄입니다.”

이러한 결합된 최적화를 통해 314 Arts 팀은 여러 플랫폼에서 야심찬 창의적 비전을 실현하면서 상당한 성능 향상을 이루었습니다.

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