C#튜토리얼

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41Unity C# 응용

Mathf 고급 함수와 부동소수점 오차

Unity의 Mathf 클래스 고급 함수들과 부동소수점 오차를 처리하는 방법을 학습합니다. Mathf.Clamp, Mathf.Clamp01, Mathf.Approximately 등을 다룹니다.

개요

Unity의 Mathf 클래스(class)는 수학 연산을 위한 다양한 함수(function)를 제공합니다. 특히 값 제한, 부동소수점 비교 등 게임 개발에서 자주 사용하는 함수(function)들을 포함합니다.

부동소수점 오차란?

부동소수점(float)은 정확한 값을 표현하지 못하고 근사치를 사용합니다. 따라서 연산 결과가 예상과 다를 수 있습니다.

부동소수점 오차 예제

float a = 0.1f + 0.2f;
Debug.Log(a);  // 0.30000001 (정확히 0.3이 아님!)

float b = 1.0f - 0.9f;
Debug.Log(b);  // 0.09999999 (정확히 0.1이 아님!)

1. Mathf.Clamp() - 값 제한

Mathf.Clamp()는 값을 지정된 범위 내로 제한합니다.

기본 사용법

using UnityEngine;

public class PlayerController : MonoBehaviour
{
    void Update()
    {
        // 플레이어의 X 위치를 -8과 8 사이로 제한
        float clampedX = Mathf.Clamp(transform.position.x, -8f, 8f);
        transform.position = new Vector3(clampedX, transform.position.y, transform.position.z);
    }
}

간단한 사용법

using UnityEngine;

public class PlayerController : MonoBehaviour
{
    void Update()
    {
        // 한 줄로 위치 제한
        transform.position = new Vector3(
            Mathf.Clamp(transform.position.x, -8f, 8f), 
            transform.position.y, 
            transform.position.z
        );
    }
}

HP 제한 예제

using UnityEngine;

public class HealthSystem : MonoBehaviour
{
    public float health = 100f;
    public float maxHealth = 100f;
    
    void Update()
    {
        // HP를 0과 maxHealth 사이로 제한
        health = Mathf.Clamp(health, 0f, maxHealth);
    }
    
    public void TakeDamage(float damage)
    {
        health -= damage;
        health = Mathf.Clamp(health, 0f, maxHealth);
    }
}

2. Mathf.Clamp01() - 0~1 범위 제한

Mathf.Clamp01()는 값을 0과 1 사이로 제한합니다. UI fillAmount 등에 유용합니다.

기본 사용법

using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;

public class GameManager : MonoBehaviour
{
    public Image hpGauge;
    
    public void DecreaseHp()
    {
        // HP 감소
        hpGauge.fillAmount -= 0.2f;
        
        // 0과 1 사이로 제한 (fillAmount는 0~1 사이 값)
        hpGauge.fillAmount = Mathf.Clamp01(hpGauge.fillAmount);
    }
}

부동소수점 오차 처리

using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;

public class GameManager : MonoBehaviour
{
    public Image hpGauge;
    
    public void DecreaseHp()
    {
        hpGauge.fillAmount -= 0.2f;
        
        // 부동소수점 오차 방지: 매우 작은 값(0.001 이하)을 0으로 처리
        if (hpGauge.fillAmount < 0.001f)
        {
            hpGauge.fillAmount = 0f;
        }
        
        // 0과 1 사이로 제한
        hpGauge.fillAmount = Mathf.Clamp01(hpGauge.fillAmount);
    }
}

Clamp01 vs Clamp 비교

float value = 1.5f;

// Clamp01: 0~1 사이로 제한
float clamped01 = Mathf.Clamp01(value);  // 1.0

// Clamp: 지정된 범위로 제한
float clamped = Mathf.Clamp(value, 0f, 1f);  // 1.0 (동일한 결과)

3. Mathf.Approximately() - 부동소수점 비교

Mathf.Approximately()는 부동소수점 오차를 고려하여 두 값을 비교합니다.

문제 상황

// ❌ 문제: 정확한 비교는 부동소수점 오차로 인해 실패할 수 있음
float a = 0.1f + 0.2f;  // 0.30000001
if (a == 0.3f)  // false! (예상과 다름)
{
    Debug.Log("같음");
}

해결 방법

// ✅ 해결: Mathf.Approximately() 사용
float a = 0.1f + 0.2f;  // 0.30000001
if (Mathf.Approximately(a, 0.3f))  // true (오차를 고려)
{
    Debug.Log("같음");
}

실제 사용 예제

using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;

public class GameManager : MonoBehaviour
{
    public Image hpGauge;
    
    public void DecreaseHp()
    {
        hpGauge.fillAmount -= 0.2f;
        
        // 부동소수점 오차를 고려한 비교
        if (hpGauge.fillAmount <= 0f || Mathf.Approximately(hpGauge.fillAmount, 0f))
        {
            // HP가 0이거나 거의 0인 경우 게임 오버
            GameOver();
        }
    }
    
    void GameOver()
    {
        Debug.Log("Game Over!");
    }
}

4. 부동소수점 오차 처리 패턴

패턴 1: 작은 값 처리

// 매우 작은 값을 0으로 처리
if (hpGauge.fillAmount < 0.001f)
{
    hpGauge.fillAmount = 0f;
}

패턴 2: Approximately 사용

// 부동소수점 오차를 고려한 비교
if (Mathf.Approximately(value, targetValue))
{
    // 값이 거의 같음
}

패턴 3: 범위 체크

// 범위 내에 있는지 확인
float epsilon = 0.001f;
if (Mathf.Abs(value - targetValue) < epsilon)
{
    // 값이 거의 같음
}

5. 다른 Mathf 고급 함수(function)들

Mathf.Abs() - 절댓값

float value = -5.5f;
float abs = Mathf.Abs(value);  // 5.5

Mathf.Max() / Mathf.Min() - 최댓값/최솟값

float max = Mathf.Max(10f, 20f, 30f);  // 30
float min = Mathf.Min(10f, 20f, 30f);  // 10

Mathf.Lerp() - 선형 보간

// a와 b 사이를 t 비율로 보간 (0~1)
float result = Mathf.Lerp(0f, 10f, 0.5f);  // 5.0

Mathf.SmoothStep() - 부드러운 보간

// Lerp보다 부드러운 보간
float result = Mathf.SmoothStep(0f, 10f, 0.5f);

6. 실제 사용 예제

예제 1: 화면 경계 제한

using UnityEngine;

public class PlayerController : MonoBehaviour
{
    void Update()
    {
        Move();
        
        // 화면 경계 제한
        float clampedX = Mathf.Clamp(transform.position.x, -8f, 8f);
        transform.position = new Vector3(clampedX, transform.position.y, transform.position.z);
    }
    
    void Move()
    {
        if (Input.GetKey(KeyCode.LeftArrow))
        {
            transform.Translate(-0.2f, 0, 0);
        }
        if (Input.GetKey(KeyCode.RightArrow))
        {
            transform.Translate(0.2f, 0, 0);
        }
    }
}

예제 2: HP 시스템

using UnityEngine;
using UnityEngine.UI;

public class GameManager : MonoBehaviour
{
    public Image hpGauge;
    
    public void DecreaseHp()
    {
        // HP 감소
        hpGauge.fillAmount -= 0.2f;
        
        // 부동소수점 오차 방지
        if (hpGauge.fillAmount < 0.001f)
        {
            hpGauge.fillAmount = 0f;
        }
        
        // 0과 1 사이로 제한
        hpGauge.fillAmount = Mathf.Clamp01(hpGauge.fillAmount);
        
        // 게임 오버 체크 (부동소수점 오차 고려)
        if (hpGauge.fillAmount <= 0f || Mathf.Approximately(hpGauge.fillAmount, 0f))
        {
            GameOver();
        }
    }
    
    void GameOver()
    {
        Debug.Log("Game Over!");
    }
}

7. 정리

주요 Mathf 함수(function)

함수(function) 용도 예제
Mathf.Clamp(value, min, max) 값 범위 제한 Clamp(health, 0, 100)
Mathf.Clamp01(value) 0~1 범위 제한 Clamp01(fillAmount)
Mathf.Approximately(a, b) 부동소수점 비교 Approximately(a, 0.3f)
Mathf.Abs(value) 절댓값 Abs(-5.5f) = 5.5
Mathf.Max(a, b) 최댓값 Max(10, 20) = 20
Mathf.Min(a, b) 최솟값 Min(10, 20) = 10

부동소수점 오차 처리

  1. 작은 값 처리: if (value < 0.001f) value = 0f;
  2. Approximately 사용: Mathf.Approximately(a, b)
  3. 범위 체크: Mathf.Abs(a - b) < epsilon

베스트 프랙티스

  1. Clamp 사용: 값이 범위를 벗어나지 않도록 제한
  2. Approximately 사용: 부동소수점 비교 시 사용
  3. 오차 처리: 작은 값은 명시적으로 0으로 처리
  4. Clamp01 활용: UI fillAmount 등에 유용

연습 문제

  1. 플레이어의 위치를 화면 경계(-10, 10) 내로 제한하는 코드를 작성하세요.

  2. HP가 0 이하로 내려가지 않도록 Mathf.Clamp를 사용하는 코드를 작성하세요.

  3. 두 float 값이 거의 같은지 비교하는 함수(function)를 Mathf.Approximately를 사용하여 작성하세요.

  4. fillAmount가 0에 가까울 때 게임 오버를 처리하는 코드를 작성하세요.

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