엘든 링의 단순한 AI 구조
엘든 링의 개발사인 프롬소프트는 복잡하고 강력한 NPC AI를 구현하기 위해 상태 기계(FSM)를 넘어 푸시다운 오토마타(PDA) 기반의 목표 스택 시스템을 사용합니다. 개별 행동은 스택에 쌓아 처리하며 실패 시 상위 목표로 되돌아가는 방식으로, 고도화된 기술보다는 단순하고 효율적인 설계를 통해 뛰어난 게임 플레이를 구현합니다. 이는 게임 AI 설계에 있어 실용적인 아키텍처의 중요성을 보여줍니다.
엘든 링의 단순한 AI 기술
프롬소프트(FROMSOFT)는 소울스본(Soulsborne) 시리즈 전반에 걸쳐 다양하고 가혹한 NPC 조우를 선보이는 것으로 유명하지만, 이러한 AI 의사결정 시스템의 실제 구현 방식은 생각보다 매우 단순한 기술에 기반하고 있습니다. 게임 코드의 대부분이 하복 스크립트(Havok Script, 하복사의 게임용 루아 구현체)로 작성되었기 때문에, 안개 너머의 시스템이 어떻게 구현되었는지 들여다보기가 꽤 쉽습니다. 이 글의 내용은 제가 직접 연구한 것이 아니라, 다른 사람들이 힘들게 추출하고 디컴파일하며 역설계한 코드를 그저 읽어본 것임을 참고하시기 바랍니다.
목표(Goals)
프롬소프트 AI 접근 방식의 핵심 도구는 '목표(Goal)'입니다. 이는 AI가 취할 수 있는 고유한 상태를 지칭하는 그들만의 용어입니다. 목표는 인스턴스화될 때 매개변수를 가질 수 있고 액터(Actor, 게임 내 객체) 자체에 저장된 데이터에 접근할 수 있지만, 본질적으로는 변경할 수 없는(immutable) 함수 테이블과 같습니다.
가장 단순한 방식은 여러 상태를 유한 상태 기계(Finite State Machine, FSM)나 계층적 유한 상태 기계(Hierarchical FSM)로 구성하는 것이겠지만, 프롬소프트는 여기서 한 발 더 나아가 시스템에 상태 스택(Stack)을 도입했습니다. 이는 일반적인 FSM을 푸시다운 오토마타(Pushdown Automaton, PDA)로 바꾸는 작업입니다.
이는 다소 추상적인 정의이므로, 위키피디아에서 돌아온 후 이를 하향식으로 구체적으로 살펴보겠습니다. 매 프레임마다 액터는 자신의 목표 스택에서 최상단에 있는 목표를 업데이트합니다. 목표가 업데이트될 때, 하위 목표(Sub-Goal)를 스택에 추가할 수 있으며, 이렇게 추가된 가장 최상단의 목표는 다음 프레임에 실행됩니다.
목표의 업데이트 함수는 계속(Continue), 성공(Success), 또는 실패(Failure)를 나타내는 값을 반환합니다. '계속'은 스택을 변경하지 않고 그대로 유지하며, 나머지 두 값은 해당 목표를 스택에서 제거(pop)하도록 합니다. 특히 '실패'의 경우, 상위 목표(이 하위 목표를 호출한 목표)에 도달할 때까지 스택에 있는 다른 모든 미실행 목표들도 함께 제거되도록 합니다.
예를 들어, '멋진 보스전(CoolBossBattle)'이라는 목표를 정의했다고 가정해 보겠습니다. 이 목표가 실행되는 동안 일련의 '공격 하위 목표'들이 스택에 추가될 수 있습니다. 이러한 공격 목표들은 다양한 방식으로 매개변수를 받을 수 있지만, 가장 주요한 것은 애니메이션 ID입니다.
[ 목표 스택 ] 3: Attack (R2, 콤보) <<<<-- 현재 업데이트 중 2: Attack (R2, 반복) 1: Attack (R2, 피니시) 0: CoolBossBattle
몇 초 후 첫 번째 공격이 적중하고, 해당 목표는 성공적으로 완료되어 스택에서 제거됩니다. 하지만 바로 다음 공격이 실패하면, 스택은 상위 목표로 되감기(unwind) 됩니다.
[ 목표 스택 ] 2: Attack (R2, 반복) <<<<-- 실패, 스택에서 제거됨. 1: Attack (R2, 피니시) <<<<-- 마찬가지로 제거됨. 0: CoolBossBattle
이제 시도했던 공격 콤보가 종료되었으므로, 보스는 다음 행동을 선택할 준비가 됩니다.
[ 목표 스택 ] 2: Attack(L1) 1: Attack(L1) 0: CoolBossBattle <<<<-- 업데이트 중, 다음 프레임을 위해 1과 2를 스택에 추가함.
그렇게 복잡하지 않습니다! 프롬소프트의 API에서는 이 스택의 루트를 '최상위 목표(Top Level Goal)'라고 부르는데, 저는 현재 실행 중인 목표를 스택의 '최상단(top)'이라고 부르면서 개념을 혼란스럽게 만들었습니다. 이 둘은 별개의 것이라는 점을 명심하시기 바랍니다.
활성화(Activate)
목표는 콜백으로 사용되는 몇 가지 함수로 정의되며, 그중 가장 많은 AI 로직을 포함하는 함수가 보통 '활성화(Activate)'입니다. 이 함수는 목표가 처음으로 업데이트될 때 호출되며, 이후 목표가 하위 목표들을 모두 소진하고 다시 실행을 시작할 때마다 호출됩니다.
보스 및 일반 NPC 목표의 경우, '활성화' 내부의 코드는 세계 및 액터의 컨텍스트와 (액터 자체에서 나오는) 무작위성을 혼합하여 액터가 취할 다음 행동을 선택하는 역할을 합니다. 가장 널리 사용되는 접근 방식은 공통 코드를 사용하여 여러 행동(단순한 함수들) 간에 가중치 무작위 선택을 수행하고, 선택된 행동을 호출하는 것입니다.
다시 우리의 '멋진 보스전'으로 돌아가서, 이번에는 대략적인 러스트(Rust) 의사코드로 살펴보겠습니다...
fn action_giga_death_ray ( goals : & Goals , actor : & Actor ) { todo ! ( ) ; } fn action_leap_attack ( goals : & Goals , actor : & Actor ) { todo ! ( ) ; } fn action_ground_slam ( goals : & Goals , actor : & Actor ) { todo ! ( ) ; } fn action_light_attack_combo ( goals : & Goals , actor : & Actor ) { let ta...