래그돌 피직스

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1. 개요
2. 역사
3. 접근 방식
4. 등급 심의 문제 (대한민국)
5. 사용된 예
참조

1. 개요

래그돌 피직스는 게임 내 캐릭터나 객체의 물리적 상호 작용을 구현하는 기술이다. 1998년 쥬라기 공원: 트레스패서에서 처음 사용되었지만, 2000년대 후반 NaturalMotion의 Euphoria와 같은 물리 엔진의 발달로 더욱 발전했다. 래그돌은 페더스톤 알고리즘, 제약 솔버, 역운동학, 베르제 적분, 혼합 래그돌, 액티브 래그돌, 절차적 애니메이션 등 다양한 접근 방식을 통해 구현된다. 일부 국가에서는 폭력성 등급 문제로 래그돌 피직스 삭제를 요구받는 경우도 있다.

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래그돌 피직스
개요
종류	절차적 애니메이션
사용 분야	물리 엔진
특징	뼈대 기반의 애니메이션에 물리적 특성을 부여하여 더욱 자연스러운 움직임을 표현
상세 설명
작동 방식	캐릭터의 관절을 뼈대로 연결하고, 각 뼈대에 질량, 마찰력, 탄성 등의 물리적 속성을 부여 외부 힘이나 충격에 의해 뼈대가 움직이면, 연결된 관절들이 물리 법칙에 따라 반응하며 전체적인 움직임을 생성
장점	사실적인 움직임: 미리 정의된 애니메이션으로는 표현하기 어려운 자연스러운 움직임 연출 가능 상호작용: 환경과의 상호작용에 따라 캐릭터의 움직임이 실시간으로 변화 다양성: 다양한 상황에 대한 애니메이션을 일일이 제작할 필요 없이, 물리 엔진을 통해 자동으로 생성
단점	제어의 어려움: 물리 엔진에 의해 움직임이 결정되므로, 개발자가 원하는 정확한 움직임을 제어하기 어려움 계산 비용: 실시간으로 물리 연산을 수행하므로, 컴퓨터 사양에 따라 성능 저하가 발생할 수 있음
활용 예시	게임: 캐릭터가 쓰러지거나, 충돌하거나, 래그돌 상태로 움직이는 모습 구현 영화: 현실적인 액션 장면이나 특수 효과 연출 시뮬레이션: 인체 모형의 움직임을 시뮬레이션하여 의료 분야 등에 활용
관련 기술
물리 엔진	래그돌 피직스를 구현하기 위한 핵심 기술
키네마틱 애니메이션	래그돌 피직스와 결합하여 더욱 복잡하고 현실적인 움직임을 표현
모션 캡처	실제 사람의 움직임을 캡처하여 래그돌 피직스에 적용

2. 역사

1998년, 쥬라기 공원 라이선스 게임 쥬라기 공원: 트레스패서에서 래그돌 피직스가 처음으로 사용되었지만, 게임 자체의 완성도가 낮아 큰 주목을 받지 못했다.^[1] 그러나, 게임 물리 분야의 선구자였다는 점은 인정받았다.^[1] 이후, 래그 돌 쿵푸와 같은 격투 게임이나 플랫아웃 시리즈와 같은 레이싱 게임에서 래그돌 피직스가 활용되었다.

2000년대 후반, NaturalMotion의 Euphoria와 같은 물리 엔진이 등장하면서 래그돌 피직스는 더욱 발전하였다. 이 엔진은 근육과 신경 등을 고려한 생체 운동 역학적 접근 방식을 도입하여, 기존의 미리 만들어진 애니메이션 대신 실시간으로 생성되는 래그돌 피직스를 활용할 수 있게 하였다. 그랜드 테프트 오토 IV, 그랜드 테프트 오토 V, 레드 데드 리뎀션, 맥스 페인 3, 레드 데드 리뎀션 2, 스타 워즈: 포스 언리쉬드 등 많은 게임에서 Euphoria 엔진 또는 유사한 기술이 사용되었다.

3. 접근 방식

래그돌은 페더스톤 알고리즘과 스프링-댐퍼 접촉을 사용하여 구현되었다.^[2] 대안적인 접근 방식은 제약 솔버와 이상화된 접촉을 사용한다.^[3]

래그돌에 대한 제약-강체 접근 방식이 가장 일반적이지만, 다른 "유사-래그돌" 기술도 사용되어 왔다.

베르제 적분: ''히트맨: 코드네임 47''에서 사용되었고 토마스 야콥센에 의해 대중화된 이 기술^[4]은 각 캐릭터 뼈를 간단한 제약을 통해 임의의 수의 다른 점에 연결된 점으로 모델링한다. 베르제 제약은 완전히 모델링된 강체 시스템의 대부분의 제약보다 훨씬 간단하고 빠르게 해결되어 캐릭터에 대한 CPU 소비가 훨씬 적다.
역운동학 후처리: ''헤일로: 컴뱃 이볼브드''에서 사용된 이 기술은 미리 설정된 죽음 애니메이션을 재생한 다음 역운동학을 사용하여 애니메이션이 완료된 후 캐릭터를 가능한 위치로 강제한다. 즉, 애니메이션 중에 캐릭터가 월드 지오메트리를 클리핑할 수 있지만, 멈춘 후에는 모든 뼈가 유효한 공간에 있게 된다. 제한으로 인해 신체 부위가 부자연스러운 방식으로 서로 통과하도록 강제될 수 있다. 예를 들어, 캐릭터의 손이 죽음 애니메이션에서 가슴 위에 놓일 수 있지만, 역운동학에 의해 손이 가슴을 통과하여 그 아래의 땅으로 이동한다.
혼합 래그돌: 이 기술은 ''헤일로 2'', ''헤일로 3'', ''콜 오브 듀티 4: 모던 워페어'', ''레프트 4 데드'', ''메달 오브 아너: 에어본'', ''팀 포트리스 2'', 그리고 ''언차티드: 엘도라도의 보물''에서 사용되었다. 미리 만들어진 애니메이션을 재생한 다음 래그돌을 애니메이션의 마지막 프레임에 바인딩하여 작동한다. 가끔 래그돌링 플레이어 모델이 늘어나고 여러 방향으로 회전하는 것처럼 보여 캐릭터가 고무로 만들어진 것처럼 보인다. 이러한 불규칙한 동작은 ''헤일로 2''와 ''페이블 II''와 같은 특정 버전의 하복 엔진을 사용하는 게임에서 발생한다고 관찰되었다.
액티브 래그돌: 주로 ''언리얼 엔진'' 게임인 ''언리얼 토너먼트 3'' 및 ''킬링 플로어 2''에서 사용된다. 미리 만들어진 애니메이션을 재생하지만, 해당 애니메이션의 출력을 물리 시스템이 허용하는 것으로 제한하여 작동한다. 이렇게 하면 캐릭터가 갑자기 무력해지는 래그돌 느낌을 완화하고 올바른 환경 상호 작용을 제공하는 데 도움이 된다. 이는 애니메이션 처리와 물리 처리가 모두 필요하므로, 기존 래그돌 단독보다 훨씬 느리지만, 추가적인 시각 효과의 이점이 처리 속도 감소를 능가하는 것으로 보인다. 또한 참조: ''유포리아 (소프트웨어)''
절차적 애니메이션: 전통적으로 비실시간 미디어(영화/TV 등)에서 사용되는 이 기술(메달 오브 아너 시리즈에서 유러피안 어썰트부터 사용)은 논-플레이어 캐릭터(뼈/근육/신경계)와 차량의 "시뮬레이션된 재료"에서 변형 가능한 장면 요소에 다층 물리 모델을 사용한다. 미리 만들어진 애니메이션을 사용하지 않음으로써 플레이어가 보는 각 반응은 고유하지만, 결정적이다.

3. 1. 페더스톤 알고리즘 및 스프링-댐퍼 접촉

래그돌은 페더스톤 알고리즘과 스프링-댐퍼 접촉을 사용하여 구현되었다.^[2] 대안적인 접근 방식은 제약 솔버와 이상화된 접촉을 사용한다.^[3] 래그돌에 대한 제약-강체 접근 방식이 가장 일반적이지만, 다른 "유사-래그돌" 기술도 사용되어 왔다.

3. 2. 제약 솔버 및 이상화된 접촉

페더스톤 알고리즘과 스프링-댐퍼 접촉을 사용하는 대신, 제약 솔버와 이상화된 접촉을 사용하는 래그돌 피직스 구현 방식도 있다.^[3] 래그돌에 대한 제약-강체 접근 방식이 가장 일반적이지만, 다른 "유사-래그돌" 기술도 사용되어 왔다.

3. 3. 유사 래그돌 기술

베르제 적분은 히트맨: 코드네임 47에서 사용된 기술로, 캐릭터 뼈를 간단한 제약으로 연결된 점으로 모델링한다.^[4] 베르제 제약은 일반적인 강체 시스템 제약보다 훨씬 간단하고 빠르게 해결되어 CPU 소비를 줄인다. 역운동학 후처리는 헤일로: 컴뱃 이볼브드에서 사용된 기술로, 미리 설정된 죽음 애니메이션을 재생한 후 역운동학을 사용하여 캐릭터를 가능한 위치로 강제한다. 이 경우 애니메이션 중에는 캐릭터가 지오메트리를 클리핑할 수 있지만, 멈춘 후에는 모든 뼈가 유효한 공간에 있게 된다.

혼합 래그돌은 헤일로 2, 헤일로 3, 콜 오브 듀티 4: 모던 워페어, 레프트 4 데드, 메달 오브 아너: 에어본, 팀 포트리스 2, 언차티드: 엘도라도의 보물 등에서 사용된 기술이다.^[2] 미리 만들어진 애니메이션을 재생한 후 래그돌을 애니메이션의 마지막 프레임에 바인딩한다. *헤일로 2*와 페이블 II와 같은 특정 버전의 하복 엔진을 사용하는 게임에서 래그돌링 플레이어 모델의 불규칙한 동작이 나타난다고 알려졌다.

액티브 래그돌은 주로 언리얼 토너먼트 3, 킬링 플로어 2 등 언리얼 엔진 게임에서 사용된다. 미리 만들어진 애니메이션을 재생하지만, 물리 시스템이 허용하는 범위 내에서 출력을 제한한다.

절차적 애니메이션은 메달 오브 아너 시리즈에서 유러피안 어썰트부터 사용된 기술로, 미리 만들어진 애니메이션을 사용하지 않고, 플레이어가 보는 각 반응은 고유하지만, 결정적이다.

4. 등급 심의 문제 (대한민국)

일부 게임은 특정 국가에서 출시될 때 해당 국가의 등급 심의 기관으로부터 래그돌 피직스 삭제를 요구받는 경우가 있다. F.E.A.R.2 등 여러 게임이 독일에서 판매될 때 소프트웨어 사전 심사 기구(USK)로부터 래그돌 피직스를 삭제했다.^[6] 콜 오브 듀티 4: 모던 워페어의 경우, 한국어판에서는 옵션으로 래그돌 피직스를 끌 수 있도록 조정되었다.^[7]

5. 사용된 예

래그돌 피직스는 히트맨: 코드네임 47에서 베르제 적분방식으로 처음 사용되었다. 헤일로 2, 콜 오브 듀티 4: 모던 워페어, 메달 오브 아너: 에어본 등에서는 혼합 래그돌 방식으로 사용되었다. 소스엔진 에서도 래그돌 피직스 기술이 사용되었다.

[http://www.cs.ubc.ca/~van/sssjava/javademo.html 스키 스턴트 시뮬레이터]](자바)와 [http://www.planetdan.net/pics/misc/tetka.html 떨어지는 여성]](플래쉬) 에서도 래그돌 피직스를 볼 수 있다.

참조

_[1] 뉴스 Postmortem: DreamWorks Interactive's Trespasser http://www.gamasutra[...] Game Developer 1999-05-14
_[2] 특허 Method and system for generating realistic collisions in graphical simulations 2000-05-23
_[3] 학회 Physically Based Modeling: Principles and Practice https://www.cs.cmu.e[...] Association for Computing Machinery Special Interest Group on Graphics
_[4] 웹사이트 Advanced Character Physics http://www.teknikus.[...] Teknikus.dk 2008-11-30
_[5] 뉴스 Postmortem: DreamWorks Interactive's Trespasser http://www.gamasutra[...] Game Developer 1999-05-14
_[6] URL http://www.schnittbe[...]
_[7] 웹사이트 最新3Dゲームグラフィックスオプションで知るパフォーマンスチューニングとグラフィックテクノロジー https://www.4gamer.n[...] 4Gamer.net 2008-02-09

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