개요

🖧 Unreal의 Replication 개념을 알아보고 멀티플레이를 만들어보자.

수많은 게임 장르가 있지만 그 중에서는 혼자서는 플레이할 수 없거나, 여럿이서 하면 더 재미있는 장르가 있다.
이때, 여러 사람이 모여 함께 플레이하는 것을 멀티플레이라고 한다.

이번 시리즈에서는 중요한 개념인 Replication에 대해서 알아보고
블루프린트를 기반으로 언리얼 엔진에서 멀티플레이 게임 예제를 간단하게 제작해보자.

Replication 개념
Replication 시리즈
Replication 간단 예제
Session 기반 멀티플레이 예제

본론

우선, 언리얼 엔진을 교육받으며 멀티플레이 시스템은 스스로 자료를 조사하며 약 95% 비중으로 독학을 하였습니다.
스스로 공부하고 정리 후 제작한 내용인만큼 부족하고 틀린 내용이 있을 수 있으니 양해를 바랍니다.

해당 시리즈는 실습을 진행하기 이전에 멀티플레이 구축을 위한 사전 개념을 먼저 소개하겠습니다.

개념 정리를 위해 수많은 자료를 조사했는데, 그 중에서 개념에 관해서는 아래 영상이 압도적이라고 생각하였습니다.
해당 영상을 기반으로 개념 정리를 우선 진행할 것이고, 멀티플레이 게임을 기획중이시라면 끝까지 보시는걸 추천합니다.

Unreal Multiplayer Replication 개념 영상

직접 멀티플레이 게임을 제작해보면서 중요한 개념 요소가 있었습니다.
아래 3가지를 중점적으로 설명할 것이고, 추가로 학습하시면 좀 더 쉽게 이해하실 수 있을거라 생각이 듭니다.

1. 얼리얼 게임 시스템이의 동작 방식 (Game Mode, Game Instance, Game State, Player State, Player Controller)
2. 멀티플레이를 위한 서버의 특징 (Dedicated Server, Session Server)
3. Replication이라는 개념과 동작

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🖧 언리얼 멀티플레이

멀티플레이(Multi Player)란?

멀티플레이(Multi Player)는 2명 이상의 유저가 동일한 게임 환경에서 플레이하는 것을 뜻합니다.

그리고 언리얼 엔진에서는 멀티플레이(Multi Player)를 위한 네트워킹 시스템이 제공됩니다.

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Net Mode

위 영상에서는 3가지의 기준으로 4개의 Net Mode로 구분하였습니다.

1. 플레이가 가능한 환경인가?
2. 권한이 있는가? (서버인가?)
3. 외부의 접속에 열려 있는가?

위 질문에 따라 나온 4개의 Net Mode는 아래와 같습니다.

1. Stand Alone
2. Dedicated Server
3. Listen Server
4. Client

1. Stand Alone

영상에서는 아래와 같이 설명합니다.

게임 인스턴스가 로컬에 맵을 로드한 경우, Net Mode는 독립 실행형 (Stand Alone)이 된다.
단일 게임 인스턴스는 서버이자 클라이언트이나 단일 플레이어 구성이라 클라이언트가 접속할 수 없다.

싱글 플레이 환경이라는 소리죠.

2. Listen Server

?Listen 옵션을 추가해 청취 서버(Listen Server)로 실행할 수 있다.
기본적으로 독립 실행형 (Stand Alone)과 동일하게 실행되나, 게임의 다른 인스턴스가 클라이언트로 연결될 수 있다.

싱글 플레이 환경에서 클라이언트 접속이 가능해진 청취 서버(Listen Server)입니다.

3. Dedicated Server

이는 제가 예전에 Dedicated Server 구축 방법에 대해 포스팅한 적이 있죠.
해당 포스팅은 아래를 참고해주세요.

[UE5] 🌐 Dedicated 서버 구축 포스팅

3번째는 전용 서버(Dedicated Server)라고 합니다.

LocalPlayer나 뷰포트가 없는 게임의 인스턴스입니다.
플레이어가 클라이언트로 연결할 수 있는 서버 전용 콘솔 응용 프로그램일 뿐입니다.

실제로 구축 후 구동시 서버.exe를 따로 실행한 후 각 클라이언트들이 접속하는 방식입니다.

4. Client

서버가 아닌 유일한 모드이다.
로컬 플레이어가 게임을 플레이하나, 서버 요청에 따라 업데이트된다.

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언리얼 엔진의 멀티 플레이어 시스템

위 방식들을 하나씩 살펴보면 아래 그림과 같습니다.

싱글 플레이

싱글 플레이의 경우 하나의 Game Instance를 가지고 독립 실행형 (Stand Alone) Net Mode에서 실행됩니다.

멀티 플레이

멀티 플레이의 경우 각각 자체의 Game Instance를 가지고, 자체 월드 복사본을 가진 프로세스들이 있습니다.
그 프로세스 중 하나가 서버이고, 나머지는 클라이언트가 됩니다.

서버의 동작 방식에 따라 아래 2개로 구분할 수 있습니다.

Listen Server

이때, 플레이가 가능하면서도 원본 월드를 가진 프로세스가 청취 서버(Listen Server)로 호스트를 가진 Session 방식으로 볼 수 있습니다.

Dedicated Server

원본 월드를 가진 프로세스가 플레이는 불가능한 단순 응용 프로그램으로 동작하는 것이 전용 서버(Dedicated Server)입니다.
실행하게 되면 아래와 같은 콘솔화면이 나타나는 모습입니다.

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Replication 시스템

게임은 결국 데이터 덩어리들의 상호작용입니다.
그럼 서로 다른 환경에서 플레이되는 캐릭터, 아이템 등의 데이터를 어떻게 알고 멀티플레이가 진행되는가?

그 답이 '복제(Replication)'를 통한 동기화 입니다.

멀티 플레이 게임이 실행되면 언리얼 엔진의 Replication 시스템이 동작해 여러 인스턴스가 동기화됩니다.

이를 위해 Replication 시스템은 Net Driver, UNetConnection, UChannel이라는 3가지 클래스에 의존합니다.

상세한 내용은 유튜브 영상에서 직접 보시는 것이 더 이해가 쉬울 것 같습니다.

Replication System 타임 라인

멀티플레이 게임에서 Replication을 통한 액터의 업데이트는 2가지 방법이 있습니다.

1. Property Replication
2. RPCs (Remote Procedure Call)

Property Replication

프로퍼티 방식은 Replicate 플래그가 지정된 속성이 서버에서 변경되면 새 값이 클라이언트로 전달됩니다.

RPCs (Remote Procedure Call)

캐릭터가 공격했다고 할 때 프로세스는 제 Local 환경에서만 실행되겠죠.
이때, RPC는 네트워크를 통해 다른 주소공간에서 동작하는 프로세스의 함수를 실행해줄 수 있습니다.

또한 RPC를 사용할 때 2가지를 중점으로 생각해야 합니다.

1. 어디에서 실행했느냐.
   실행의 주체가 서버인지 클라이언트인지에 따라 결과가 완전히 달라집니다.
2. Replicate될 액터의 소유권 (ex. Game Mode, Player Controller, Game State...)

언리얼에선 3가지의 RPC가 있습니다.

1. Run On Server

Replicate 플래그를 Run On Server로 설정 시 해당 이벤트는 실행 주체에 관계없이 서버에서 실행됩니다.

2. Multicast

Replicate 플래그를 Multicast인 이벤트가 있다고 하겠습니다.

해당 이벤트를 서버에서 실행할 시 모든 클라이언트에서 실행됩니다.

클라이언트에서 실행할 시 호출한 클라이언트에서만 실행됩니다.

3. Run On Owning Client

Replicate 플래그를 Run On Owning Client인 이벤트가 있다고 하겠습니다.

모든 클라이언트가 Replicate된 액터를 소유하지 않을 수 있습니다.
그래서 액터를 소유한 클라이언트에게만 데이터를 업데이트합니다.

RPC 실행 결과 정리

각 소유권과 실행 주체에 따른 실행 결과입니다.

서버에서 호출

액터 소유자	Not Replicate	Multicast	Run On Server	Run On Owning Client
Client	Server에서 실행	Server와 모든 Client에서 실행	Server에서 실행	액터 소유 Client에서 실행
Server	Server에서 실행	Server와 모든 Client에서 실행	Server에서 실행	Server에서 실행
None	Server에서 실행	Server와 모든 Client에서 실행	Server에서 실행	Server에서 실행

클라이언트에서 호출

액터 소유자	Not Replicate	Multicast	Server	Client
로컬 Client	호출된 Client에서 실행	호출된 Client에서 실행	Server에서 실행	호출된 Client에서 실행
외부 Client	호출된 Client에서 실행	호출된 Client에서 실행	실행 X	호출된 Client에서 실행
Server	호출된 Client에서 실행	호출된 Client에서 실행	실행 X	호출된 Client에서 실행
None	호출된 Client에서 실행	호출된 Client에서 실행	실행 X	호출된 Client에서 실행

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Game Mode

아래 표를 통해 멀티플레이 환경에서 게임 인스턴스들이 어떻게 동작하는지 확인할 수 있습니다.

Game Mode

Game Mode는 서버 전용으로 클라이언트에게 복제되지 않습니다.

오로지 서버에서만 존재하며 Game Mode에서 실행되는 모든 로직은 Run On Server입니다.

그래서 클라이언트 측에서 호출하더라도 항상 서버 측에서 동작하게 됩니다.

Game Instance

Game Instance는 서버, 클라이언트 각각 독립적으로 존재합니다.

상호간에 복제되지 않습니다.

하지만 Game Instance의 데이터를 얻기 위해 실행되는 주체에 따라서 가져오는 대상이 정해집니다.

ex) 멀티플레이 환경의 Game Mode에서 Get Game Instance 실행 시 Run On Server 상태이므로 항상 Server의 GI 데이터를 가져 온다.

Game State

Game State는 서버에서 생성되어 클라이언트에게 복제됩니다.
이때, 클라이언트에게 온전히 할당되는게 아니라 복제된다는 것이 중요합니다.

클라이언트 측에서 직접적으로 Game State의 값을 변경할 수 없습니다.

원본은 서버가 가지고 있으므로 Run On Server의 로직을 통해서 서버를 통해 값을 변경해야 합니다.

Player State

Player State도 Game State와 동일하게 동작합니다.
서버에서 생성되어 클라이언트에게 복제됩니다.

원본은 서버가 가지고 있으므로 Player State 역시 Run On Server의 로직을 통해서 서버를 통해 값을 변경해야 합니다.

Player Controller

Player Controller가 조금 복잡하게 동작합니다.
Player Controller는 서버와 클라이언트 모두에게 생성됩니다.

서버에 플레이어가 접속할 시 플레이어에 대한 Player Controller를 생성한 후 해당 클라이언트에게 복제합니다.

이때, 클라이언트 측에서 Get Player Controller 노드를 사용하여 컨트롤러에 접근할 시 보안 이슈로 인하여 정상적으로 동작하지 않습니다.

그래서 Local Player Controller, Get Controller와 같은 노드를
프로젝트의 Player Controller 클래스로 캐스팅하여 사용하는 대안이 있습니다.

참고 포럼

HUD

HUD는 각 클라이언트에서 독립적으로 생성되어 서버, 클라이언트 간에 복제되지 않습니다.

독립적으로 생성되므로 복제가 불필요 합니다.

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마무리

여기까지가 간략한 Replication을 위한 사전 개념이였습니다.

참고 영상, 포럼과 공식문서를 통해 자세히 공부해야할 것 같습니다.

다음 포스팅부터는 블루프린트를 사용해 예제 프로젝트를 진행해보겠습니다.