[GAS/Day 1] 게임 로직의 진화: 오토마타부터 Gameplay Tags와 State Tree까지

게임 개발을 하다 보면 캐릭터의 상태를 관리하는 문제에 늘 직면하게 됩니다. "지금 캐릭터가 무슨 행동을 하고 있지?", "공격 중에 점프가 되면 안 되는데?"와 같은 고민들입니다.

 

오늘은 이러한 게임 로직을 설계하는 근본적인 이론인 오토마타와 상태 머신(FSM)의 기초부터, 객체지향적인 State Pattern, 그리고 언리얼 엔진 5의 최신 기능인 Gameplay Tags와 State Tree까지 그 발전 과정을 총정리해 보겠습니다.

1. Boolean 지옥

프로그래밍 입문 단계에서는 캐릭터의 상태를 관리하기 위해 수많은 bool 변수를 사용하곤 했습니다.

bool bIsIdle = true;
bool bIsWalking = false;
bool bIsRunning = false;
bool bIsJumping = false;
bool bIsAttacking = false;
bool bIsStunned = false;
// ... 상태가 계속 늘어남

이 방식은 직관적으로 보이지만 변수가 늘어날수록 치명적인 한계를 드러냅니다.

• 논리적 모순: 실수로 bIsIdle과 bIsRunning이 동시에 true가 되면 논리적 오류가 발생합니다.
• 조건문 지옥: 상태를 확인할 때마다 if (!bIsStunned && !bIsJumping ...) 처럼 수많은 조건을 복잡하게 연결해야 합니다.

이러한 '관리 지옥'을 해결하기 위해 등장한 이론적 토대가 바로 오토마타와 상태 머신입니다.

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2. 질서를 부여한 오토마타와 상태 머신 (FSM)

불리언 변수의 난잡함을 해결하기 위해, 우리는 컴퓨터 과학의 근본적인 이론을 빌려왔습니다.

2-1. 오토마타 (Automata)란?

오토마타는 계산 이론에서 사용하는 '스스로 작동하는 기계'를 뜻하는 추상적인 계산 모델입니다.

• 정의: 입력이 들어왔을 때 내부의 규칙에 따라 상태를 바꾸고, 최종적으로 어떤 결과를 내놓을지 수학적으로 정의한 것입니다.
• 게임에서의 적용: 게임 AI나 로직에서는 예측 가능한 결과를 위해 결정론적 유한 오토마타(DFA)를 주로 사용합니다. 이는 하나의 상태에서 하나의 입력을 받았을 때, 다음 상태가 오직 하나로 정해지는 모델입니다.

2-2. 유한 상태 머신 (Finite State Machine, FSM)

오토마타 이론을 바탕으로, 가질 수 있는 상태가 유한한 시스템을 설계하는 모델이 바로 상태 머신입니다.

일상생활의 신호등이나 자판기가 대표적인 예시입니다.

 

상태 머신은 다음 3가지 핵심 요소로 작동합니다.

1. 상태 (State): 시스템의 현재 상황 (예: 대기, 달리기, 공격).
2. 입력/이벤트 (Input): 상태를 변화시키는 트리거 (예: 버튼 입력, HP 0 이하).
3. 전이 (Transition): 조건이 맞을 때 상태가 바뀌는 것 (예: '대기' → '달리기').

2-3. FSM이 해결한 것

FSM은 Enum을 사용하여 현재 상태를 단 하나(CurrentState)로 규정합니다.

• 상태의 독점: "한 번에 하나의 상태만 가질 수 있다"는 규칙을 강제하여, 논리적 모순을 원천 차단했습니다.
• 명확한 흐름: 스위치(Switch) 문 등을 통해 상태별 로직을 분리하여 코드의 가독성과 유지보수성을 높였습니다.

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3. 구현의 고도화: State Pattern과 계층적 상태 기계 (HSM)

초기 FSM은 Enum과 Switch 문으로 구현했지만, 로직이 비대해지면 관리가 힘들어졌습니다.

이를 해결하기 위해 구조적인 발전이 이루어졌습니다.

3-1. State Pattern (상태 패턴)

상태를 단순히 Enum으로 두는 것이 아니라, 각 상태를 하나의 객체(Class)로 만드는 것입니다.

• 구조: IState 인터페이스를 상속받아 OnEnter, OnUpdate, OnExit 함수를 구현합니다 .
• 장점: 상태별 로직이 캡슐화되어 관리가 편해지고, 다형성을 활용하여 유연한 확장이 가능합니다 .

3-2. 계층적 상태 기계 (HSM, Hierarchical State Machine)

"걷기, 뛰기, 앉기" 상태에서 공통적으로 "피격" 처리를 해야 한다면 중복 코드가 발생합니다. 이를 해결한 것이 HSM입니다 .

• 특징: Combat(전투)이라는 상위 상태(Super State) 아래에 Attack, Defend 같은 하위 상태를 두어, 공통 로직을 부모 상태에서 처리합니다 .
• 예시: 언리얼 엔진의 애니메이션 블루프린트(ABP)의 State Machine이 바로 이 HSM 구조입니다.

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4. 유연함을 더한 Gameplay Tags

FSM과 HSM으로 행동의 흐름은 완벽해졌습니다.

하지만 게임이 복잡해지면서 "상태는 하나여야 하는데, 속성은 여러 개여야 하는" 상황이 발생했습니다.

 

예를 들어, 캐릭터가 [달리는(Action)] 동시에 [독에 걸렸고(Debuff)] + [침묵 상태(Debuff)]이면서 + [이동 속도 버프(Buff)]를 받아야 한다면 어떨까요?

FSM으로 이를 구현하려면 Run_Poisoned_Silenced 처럼 상태의 개수가 폭발적으로 늘어나거나, 다시 FSM 내부에 bool 변수를 섞어 쓰는 '2차 불리언 지옥'에 빠지게 됩니다.

4-1. Gameplay Tags란?

이 문제를 해결하기 위해 언리얼 엔진은 Gameplay Tags 시스템을 제안합니다.

Gameplay Tags는 Character.State.Jumping 처럼 점(.)으로 구분된 계층적 문자열 태그 시스템입니다.

GameplayTagContainer라는 바구니에 여러 태그를 담아 관리합니다.

4-2. 왜 Gameplay Tags가 해결책인가?

항목	bool 방식(과거)	GameplayTags 방식(최신)
확장성	새 bool 추가마다 코드 수정	Tag만 추가, 코드 변경 없음
조건 체크	복잡한 if 문 (&&, !)	HasTag, HasAllTags 등으로 깔끔하게 처리
네트워크 복제	변수마다 Replicated 설정 필요	Tag Container 하나만 동기화하면 해결
디버깅	각 bool 확인 (노가다)	Gameplay Debugger에서 한눈에
쿼리	불가능	"Character.State.\*" 검색
최적화	-	FName 기반으로 관리되어 문자열 비교보다 매우 빠르고 가벼움
유지보수	변수 이름 변경 어려움	Tag 이름만 변경

Gameplay Tags는 FSM의 "단일 상태" 제약을 넘어, 여러 상태(버프, 디버프, 속성)를 동시에 중첩하여 관리할 수 있게 해줍니다.

즉, FSM이 '행동의 뼈대'를 잡는다면, Gameplay Tags는 '속성의 살'을 붙이는 역할을 합니다.

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5. AI 로직의 미래: Behavior Tree와 State Tree

마지막으로 복잡한 AI 설계를 위한 최신 기능들입니다.

5-1. Behavior Tree (행동 트리)

FSM이 '상태' 중심이라면, Behavior Tree는 '행동' 중심입니다.

• 특징: 조건(Decorator)과 우선순위에 따라 행동을 선택하며, 트리 구조로 되어 있어 시각적인 파악이 쉽습니다 . 주로 AI의 의사결정 로직에 사용됩니다.

5-2. State Tree (UE5의 새로운 제안)

최근 언리얼 엔진 5는 HSM + Behavior Tree + Gameplay Tags의 장점을 결합한 State Tree를 선보였습니다.

• 구조: 상태를 계층적으로 구성(HSM)하되, 내부 동작은 Task와 Selector(Behavior Tree 개념)로 처리합니다 .
• 장점: Gameplay Tags와 연동하여 조건을 평가하며, 일반적인 게임 로직부터 AI까지 아우르는 매우 효율적이고 현대적인 시스템입니다.

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6. 결론: 가장 이상적인 설계 방식

게임 프로그래밍의 역사는 복잡성을 제어하기 위한 투쟁이었습니다.

이제 우리는 이 모든 도구를 적재적소에 사용해야 합니다.

1. 오토마타와 FSM: 캐릭터의 메인 행동 흐름(대기→이동→공격)을 제어하여 논리적 뼈대를 세웁니다.
2. Gameplay Tags: FName 기반의 빠른 속도를 활용하여, 캐릭터의 속성과 상태 이상(버프, 쿨타임, 무적)을 유연하게 관리합니다.
3. State Tree/Behavior Tree: 복잡한 AI의 판단 로직이나 방대한 게임 상태를 체계적으로 구현합니다.