Physical Material

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정의

Unreal Engine 내부에서 3D Object 표면이 다른 객체와 충돌할 때 발생하는 마찰력, 반발력, 물리적 성질을 System에 전달하는 순수 데이터 Asset이다.

설명

초창기 3D Game Engine 구조에서는 렌더링을 담당하는 Material Shader 코드 내에서 물리 연산 수치를 함께 하드코딩하여 렌더링 부하와 물리 연산 부하가 분리되지 않는 문제가 극심했다.

Epic Games는 이 구조적 결함을 해결하기 위해 시각적인 렌더링 Pipeline과 물리 연산 Pipeline을 완전히 분리하고 표면의 물리적 특성만 독립적으로 저장한느 Physical Material 체계를 도입했다.

시각적으로 완벽하게 동일한 나무통 형태의 Object라도 이 Asset을 어떻게덮어씌우느냐에 따라 얼음처럼 미끄러지거나 고무공처럼 튕겨 오르도록 물리적 성질을 독립적으로 조작할 수 있다.

원리

Friction 수치 제어

두 Object 표면이 맞닿아 미끄러질 때 발생하는 저항 에너지를 수치화하여 얼음판의 미끄러움이나 아스팔트의 거칠기 같은 표면의 물리적 마찰 정도를 물리 Engine에 수학적으로 전달하낟.

Restitution 탄성 연산

Collision 발생 시 운동 에너지가 흡수되지 않고 보존되어 튕겨 나가는 반발력 비율을 제어하여 진흙에 박히는 쇠공이나 사방으로 튀는 탁구공의 궤적을 system에 지시한다.

구조

물리 충돌 에너지 상호작용 구조식

E_{output} = (M \times V_{input}) \times C_{restitution} - \mu_{friction}

E_output: 물리 Engine이 도출하는 충돌 직후의 최종 운동 에너지

M: 충돌을 일으킨 Object의 물리적 질량

V_input: 대상 표면에 부딪히기 직전의 초기 접근 속도

C_restitution: Physical Material 내부에서 설정된 반발 계수

µ_friction: 표면 특성에 의해 발생하는 물리적 마찰 저항 에너지

예시

Audio Footstep System 파이프라인

Character의 발이 지면에 닿는 Animation 프레임에 맞춰 바닥을 향해 Line Trace 광선을 쏜다. 바닥 Object에 적용된 Physical Material에서 Surface Type 데이터를 읽어와 현재 밟고 있는곳이 철판인지 잔디밭인지 판별하고 Audio Middleware에 해당 매개변수를 넘겨 정확한 발소리 Event를 재생하는 가장 필수적인 로직이다.

Vehicle Driving 타이머 물리 연산

레이싱 Game에서 트랙의 아스팔트와 비포장도로 그리고 진흙탕 구간마다 각기 다른 Friction 수치를 가진 Asset을 칠해둔다. 타이머 Object가 지면과 충돌을 유지하며 굴러갈 때마다 초당 수십번씩 마찰력 값을 연산하여 드리프트 제동 거리 타이머 미끄러짐 같은 차량 주행 물리 감각을 실시간으로 역동성 있게 제어한다.

Weapon Projectile 타격 시각 효과

무기 발사체 Actor가 벽이나 바닥에 부딪히는 Collision 이벤트가 발생하면 충돌 지점의 Physical Material 데이터를 역추적한다. 표면이 콘크리트일 경우 회색 파편이 튀는 Particle을 화면에 띄우고 수면일 경우 물보라가 일어나는 Particle을 호출하여 유저가 느끼는 타격 피드백의 사실성과 게임의 몰입도를 극대화한다.

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Physical Material - PM

정의

설명

원리

구조

물리 충돌 에너지 상호작용 구조식

예시

Audio Footstep System 파이프라인

Vehicle Driving 타이머 물리 연산

Weapon Projectile 타격 시각 효과