경량(FlyWeight) 패턴

{ 경량 패턴이란? }

경량 패턴은 GoF의 구조 패턴 중 하나로,

인스턴스가 필요할 때마다 매번 생성하는 것이 아니고 가능한 공유해서 사용함으로써 메모리를 절약하는 패턴이다.

다수의 유사 객체를 생성하거나 조작할 때 유용하게 사용할 수 있다.

 

더 자세히 설명하자면 경량 패턴은 한 개의 고유 상태를 다른 객체에서 공유하게 만들어 메모리 사용량을 줄인다.

- 고유 상태 (intrinsic state): 유사 객체들의 데이터 값이 같아서 공유할 수 있는 데이터

- 외부 상태 (extrinsic state): 유사 객체들의 데이터 값이 서로 달라서 공유할 수 없는 데이터

 

{ 게임 개발에서 경량 패턴 활용하기 : 나무 클래스 설계하기 }

게임 월드 상에 다수의 나무가 있다. 각 나무들을 구성하는 데이터는 다음과 같다.

1. 나무 형태를 나타내는 폴리곤 메시

2. 나무 껍질과 잎사귀 텍스처

3. 월드 상에서 위치, 방향, 크기

4. 그 외 음영 값과 같은 매개변수

 

이것들을 코드로 표현하면 다음과 같다.

class Tree { 

private:

  Mesh mesh_; 

  Texture bark_; 

  Texture leaves_; 

  Vector position_; 

  double height_;

  double thickness_; 

  Color barkTint_; 

  Color leafTint_;

};

경량 패턴을 이용해서 이 Tree 클래스를 최적화해보자.

대개 나무 인스턴스들은 동일한 mesh와 texture를 가진다.

그렇다면 이 mesh와 texture가 고유 상태가 되는 것이다.

고유 상태들을 새로운 클래스에 모아보자.

class TreeModel { 

private:

  Mesh mesh_; 

  Texture bark_; 

  Texture leaves_;

};

- 게임 내에서 이제 TreeModel 객체는 하나만 존재하게 된다. 같은 mesh와 texture를 여러번 메모리에 올릴 필요가 없기 때문이다.

- 각 나무 인스턴스는 이 TreeModel 객체를 참조하기만 하면 된다.

- Tree 클래스에는 인스턴스별로 다른 상태값만 남겨둔다.

class Tree { 

private:

  shared_ptr<TreeModel> model_;

  Vector position_; 

  double thickness_; 

  Color barkTint_; 

  Color leafTint_;

};

⁜ 경량 패턴 인스턴스 생성 요청이 들어오면, 이전에 같은 것을 생성한 적이 있는지 확인해야 한다.
이러려면 객체를 생성할 때 기존 객체가 있는 지 먼저 확인하게 할 수 있도록, 생성 코드를 인터페이스 밑에 숨겨둬야 한다.
또한 이전에 만들어 놓은 경량 패턴 객체를 반환하려면, 이미 생성해 놓은 객체를 찾을 수 있도록 풀(pool)로 객체들을 관리해야 한다.

{ 인스턴싱 }

인스턴싱 혹은 인스턴스 렌더링은 같은 Mesh와 Material을 가진 여러 오브젝트를 하나의 드로우 콜로 렌더링 요청을 하는 것이다.

• 드로우 콜(렌더링 요청)이 발생하면 렌더링에 필요한 데이터를 GPU로 보내게 되는데 이것은 비용이 큰 작업이다.
   => 따라서 같은 Mesh와 Material을 가진 여러 오브젝트를 렌더링할 때, 한번의 드로우 콜로 이 오브젝트들을 모두 그릴 수 있는 인스턴싱을 사용한다.
• 인스턴싱을 하려면 데이터 스트림이 두 개 필요하다.
  • 첫번째 스트림에는 앞선 예시에서 나무의 mesh와 texture처럼 여러번 렌더링되어야 하는 공유 데이터가 들어간다.
  • 두번째 스트림에는 인스턴스 목록과 각 인스턴스의 개별 데이터가 들어간다. 

• 인스턴싱은 하드웨어가 지원하는 경량 패턴이다.

도서 : 게임 프로그래밍 패턴