안녕하세요! 여러분들과 함께 게임 개발을 공부하는 베르입니다!

이번 영상에서는 개발할 때 활용할 수 있는 정규화라는 개념에 대해서 알아봅시다!

 

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0:10 정규화란?

0:47 벡터의 정규화

3:21 좌표의 정규화

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안녕하세요. 여러분들과 함께 게임 개발을 공부하는 베르입니다.

이번 시간에는 게임 개발에서 사용할 수 있는 정규화라는 개념에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

정규화란?

먼저 정규화라는 용어에 대해서 알아보겠습니다.

위키백과를 참고해보면 정규화는 어떤 대상을 일정한 규칙이나 기준에 따르는 정규적인 상태로 바꾸거나 비정상적인 대상을 정상적으로 돌리는 과정을 뜻한다고 합니다.

영어로는 Nomalization이라고 합니다.

이 정규화라는 개념은 여러 분야에서 각 분야에 맞게 사용되고 있습니다.

가장 대표적인 것은 데이터베이스 분야의 정규화로 데이터베이스를 설계할 때 여러 테이블에서 중복되는 데이터를 최소화시키는 프로세스를 가리킵니다.

게임이나 프로그램을 개발할 때도 여러 곳에서 이러한 정규화를 적용할 수 있습니다.

벡터의 정규화

앞에서 정규화를 영어로 하면 Noralization이라고 했을 때 짐작하신 분도 있었겠지만 역시 가장 먼저 이야기 해볼 것은 바로 벡터의 정규화 입니다.

벡터에 대해서는 [좌표와 속도를 다루는 도구 - 벡터] 영상에서 한 번 다룬 적이 있습니다.

벡터에 대한 자세한 내용은 해당 영상에서 확인할 수 있습니다.

벡터의 정규화는 어떤 한 벡터를 벡터의 길이로 나누어서 그 벡터의 길이를 1로 만드는 것입니다.

이렇게 길이가 1이 된 벡터를 단위 벡터라고 부르죠.

이런 식으로 정규화를 통해서 길이를 1이 된 벡터는 캐릭터의 이동과 방향에 주로 사용됩니다.

보통 키보드로 조작하는 방식의 게임은 W키와 S키를 이용해서 앞/뒤로 움직이고 A키와 D키를 이용해서 좌/우로 움직입니다.

그리고 W키를 누르면 수직 입력 값을 1로 받고 S키를 누르면 수직 입력 값을 -1로 받게 됩니다.

물론 손을 떼면 0이고 W키와 S키를 동시에 누르면 값이 상쇄되어서 0이 됩니다.

A키와 D키 역시 마찬가지로 수평 입력 값에 대해 동일하게 동작합니다.

그리고 W키와 S키로 동작하는 수직 입력과 A키와 D키로 동작하는 수평 입력을 묶어서 2차원 벡터로 이동 입력을 표현하게 됩니다.

여기서 이동 입력 키를 하나만 눌렀을 때의 입력 벡터의 길이는 언제나 1이라는 것을 알 수 있습니다.

이처럼 플레이어가 이동하고자 하는 입력 방향 벡터의 길이가 언제나 1이 되어야 캐릭터를 이동시킬 때, 입력 받은 방향에 캐릭터의 이동 속도를 곱하는 방식으로 쉽게 구현할 수 있게 됩니다.

그런데 캐릭터를 대각선 방향으로 이동시키기 위해서 W키와 A키, W키와 D키, A키와 S키, D키와 S키 같은 조합으로 동시에 누르게 되면 문제가 발생합니다.

만약 오른쪽 정면을 향해 이동하기 위해 W키와 D키를 동시에 눌렀다면, 정면 방향 벡터인 (0,1)과 오른쪽 방향 벡터인 (1,0)이 합쳐져서 (1,1)이 됩니다.

벡터 (1,1)의 길이는 밑변과 높이가 각각 1인 삼각형의 빗변의 길이로 나타내집니다.

이 길이는 루트 2로 약 1.414가 됩니다.

그래서 입력된 대각선 이동 벡터에 곧바로 이동 속도를 곱해서 캐릭터를 이동시키면 앞, 뒤, 왼쪽, 오른쪽 각 단일 방향으로 움직일 때보다 약 1.4배의 속도로 더 빠르게 움직일 수 있게 되는 겁니다.

이런 문제를 막기 위해서 이동 벡터의 길이가 1보다 길어지면 정규화를 통해서 이동 벡터의 길이를 1로 맞춰주는 방식을 자주 사용하게 됩니다.

이런 캐릭터의 이동 문제 외에도 속력과 방향을 정의되는 벡터에서 순수하게 방향만을 남겨서 사용하고자 하는 경우에는 이러한 벡터의 정규화 개념을 사용하게 됩니다.

좌표의 정규화

두 번째로 다뤄볼 정규화는 좌표의 정규화입니다.

게임을 개발하면서 우리는 여러가지 종류의 공간을 다루게 됩니다.

대표적으로는 게임을 플레이하면서 돌아다니게 되는 월드 공간과 UI가 그려지는 UI 공간이 있습니다.

이 두 공간의 좌표를 오가는 기능으로는 월드 공간에 존재하는 오브젝트를 UI 공간에서 나타내기 위한 기능으로 지도 기능이 있습니다.

플레이어나 오브젝트들이 움직이는 월드 공간의 크기는 기획에 따라 달라지기 마련이고 UI 공간은 디스플레이의 해상도에 따라 달라집니다.

간단하게 예를 들어서 3800x3800의 넓이를 가지는 월드 공간에서 움직이는 오브젝트를 UI 공간에서 800x800의 지도 UI에서 표시하고 싶다고 가정해봅시다.

오브젝트가 (2000, 1500)의 위치에 있을 때 지도 UI에 자신의 좌표를 그대로 보내버리면 800x800인 지도의 한참 바깥에 위치를 표시하게 됩니다.

그렇기 때문에 월드 공간에 존재하는 오브젝트의 위치는 좌표를 정규화시켜서 지도에 전달해야 합니다.

오브젝트 좌표의 X값과 Y값을 각각 월드 공간에 속하는 맵의 가로 폭과 세로 폭으로 나눠줍니다.

그러면 오브젝트의 좌표는 (0.52631, 0.39473)으로 변환되면서 좌표의 모든 값이 0에서 1사이 값의 형태를 가지게 됩니다.

이렇게 정규화된 좌표 값을 지도 UI에 넘겨주면 지도 UI에서는 이 값에 지도의 너비와 높이를 곱해줍니다.

그러면 오브젝트의 지도 위에서 좌표 값이 (421.05, 315.78)이 되면서 월드 상의 위치와 지도 상의 위치가 거의 흡사하게 표시되는 것을 볼 수 있습니다.

이런 식으로 서로 다른 공간에 있는 오브젝트의 위치를 표현할 때 좌표 값을 정규화해서 넘겨주는 것으로 동일한 위치에 표시할 수 있게 되는 것입니다.

이러한 좌표의 정규화 개념은 월드 공간과 UI 공간을 넘어서, 현실 공간에서 센서같은 장비로 계측된 위치를 월드 공간으로 옮기는 방식으로도 적용할 수 있습니다.

아웃트로

이번 영상에서는 정규화라는 개념과 게임 개발에서 사용되는 아주 간단한 예시만을 알아보았습니다.

이 외에도 정규화라는 개념은 게임 개발의 여러 분야에서 유용하게 사용할 수 있습니다.

이상 베르의 게임 개발 유튜브였습니다. 감사합니다.

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  1. 일등하이 2021.10.05 08:25 신고

    잘보고가요^^ 깔끔한 정리입니다👍

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