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Physics 

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컴포지트 콜라이더 2D(Composite Collider 2D)

작성 기준 버전 :: 2019.1.4f1

컴포지트 콜라이더 2D 컴포넌트는 다수의 2D 콜라이더를 하나의 콜라이더로 합쳐주는 역할을 하는 컴포넌트이다. 이 컴포넌트는 주로 여러 개의 콜라이더가 하나의 콜라이더로 취급하기 위해서 사용된다.

두 콜라이더의 충돌 감지

[그림 1]을 보면 원형의 폴리곤 콜라이더를 가진 오브젝트와 사각 콜라이더를 가진 오브젝트가 함께 겹쳐져 있으며 두 오브젝트가 같은 부모 게임 오브젝트 밑에 있는 것을 확인할 수 있다. 위와 같은 상태에서는 두 개의 각 콜라이더가 충돌을 각각 감지한다.

public class CollisionTest : MonoBehaviour

{

    private void OnCollisionEnter2D(Collision2D collision)

    {

        Debug.Log(string.Format("OnCollisionEnter2D :: / ", gameObject.name, collision.gameObject.name));

    }

 

    private void OnCollisionStay2D(Collision2D collision)

    {

        Debug.Log(string.Format("OnCollisionStay2D :: / ", gameObject.name, collision.gameObject.name));

    }

 

    private void OnCollisionExit2D(Collision2D collision)

    {

        Debug.Log(string.Format("OnCollisionExit2D :: / ", gameObject.name, collision.gameObject.name));

    }

}

위와 같이 충돌을 감지하는 코드를 작성하고,

콜라이더가 있는 각 오브젝트에 부착한 뒤,

[그림 4]와 같이 아래로 떨어지는 게임 오브젝트를 만들어서 충돌 테스트를 해보면,

[그림 5]의 로그와 같이 각각의 오브젝트가 따로 충돌을 감지하는 것을 확인할 수 있다.

컴포지트 콜라이더 2D(Composite Collider 2D)

이런 식으로 각각의 콜라이더가 따로 충돌을 감지하는 것이 아니라 두 콜라이더가 하나로 취급되어 충돌을 감지하고자 할 때, 컴포지트 콜라이더 2D를 사용하게 된다.

컴포지트 콜라이더 2D 컴포넌트를 사용하는 방법은 위와 같이 통합하고자하는 콜라이더들의 상위에 컴포지트 콜라이더를 추가해주고,

[그림 7]과 같이 하위에 속하는 콜라이더 컴포넌트들의 Used By Composite 프로퍼티를 true로 설정해주면 된다.

그렇게 하면 상위 오브젝트를 선택했을때, [그림 8]과 같이 하위의 콜라이더들이 하나로 통합되어서 보이는 것을 볼 수 있다.

로그에서도 상위 오브젝트에서의 충돌 체크만 발생하는 것을 알 수 있다.

리지드바디 2D(Rigidbody 2D)

컴포지트 콜라이더 2D 컴포넌트를 게임 오브젝트에 부착하면 자동으로 리지드바디 2D 컴포넌트 역시 게임 오브젝트에 부착된다. 때문에 지형지물의 요소에 컴포지트 콜라이더 2D를 사용할 때는 이 리지드바디 2D 컴포넌트의 옵션에 신경써야 한다.

옵션에 신경쓰지 않을 경우, [그림 11]처럼 캐릭터가 지형에 닿자마자 지형이 떨어지거나, 게임이 시작하자마자 지형이 추락해서 지형이 사라지는 모습을 보게 될 수도 있다.

이렇게 컴포지트 콜라이더 2D 컴포넌트를 적용한 게임 오브젝트를 고정된 지형요소로 사용하고자 한다면 리지드바디2D의 바디타입을 Static으로 설정해야한다.

생성 타입(Generation Type)

컴포지트 콜라이더 2D 컴포넌트에는 생성 타입이라는 프로퍼티가 존재하는데 Synchronous와 Manual 옵션이 존재한다.

Synchronous는 [그림 15]처럼 하위 콜라이더들이 변동되는 때마다 바로 통합된 콜라이더를 새로 만드는 옵션이고, 

Manual은 컴포지트 콜라이더 2D 컴포넌트가 처음 부착되는 시점 호은 콜라이더 재생성(Regenerate Collider) 버튼을 누른 시점에만 콜라이더를 만드는 옵션이다.

[그림 17]과 같이 아래에 있는 노란 원이 애니메이션에 의해서 위치가 바뀌어도 콜라이더는 따라서 움직이지 않기 때문에 빈 공간에 충돌하는 것을 알 수 있다.

위의 설명에서 알 수 있듯이 Synchronous 옵션은 통합된 콜라이더가 변경되는 애니메이션에 따라서 지속적으로 업데이트가 되어야하는 경우에 사용하고, 반대로 Manual은 통합된 콜라이더가 일반 지형과 같이 변경되는 경우가 없는 경우에 사용된다.

지오메트리 타입(Geometry Type)

그 다음 중요한 옵션은 지오메트리 타입이다. 이 프로퍼티는 콜라이더를 생성할 때 어떤 형태로 생성할 것인가를 결정한다. 옵션 값은 Outlines와 Polygons가 있다. 

Outlines로 콜라이더를 생성하면 [그림 19]와 같이 내부에 아무선 선이 없이 생성되고, Polygons로 콜라이더를 생성하면 [그림 20]과 같이 내부에 선이 그어져서 나온다. 이 차이가 의미하는 것은 Outlines 옵션의 경우에는 콜라이더가 외부에 선만 그어져 있고 속은 비어있다는 뜻이고, Polygons 옵션은 내부가 꽉 차있다는 뜻이다.

콜라이더의 내부를 굳이 채울 필요가 있냐고 생각할 수도 있지만, 이것은 확실히 필요한 개념이다. 게임 내에서의 발생하는 충돌 감지나 레이캐스트는 주로 옆에서 날아오기 때문에 Outlines 옵션 만으로도 충분하지만 화면 밖에서 들어오는 터치나 사용자의 클릭 같은 이벤트는 개념적으로 위에서 들어오기 때문에 콜라이더의 내부가 차있는 것이 좋다.

public class Picker : MonoBehaviour

{

    private void Update()

    {

        if (Input.GetMouseButtonDown(0))

        {

            var hitResult2D = Physics2D.Raycast(Camera.main.ScreenToWorldPoint(Input.mousePosition), transform.up, 0.1f);

            Debug.Log("2D Raycast Result :: " + hitResult2D.collider.name);

        }

    }

}

위와 같이 마우스를 클릭한 지점에서 레이캐스트를 발사해서 콜라이더를 검출하는 코드를 작성해서 Outlines 옵션으로 만들어진 컴포지트 콜라이더와 Polygons 옵션으로 만들어진 컴포지트 콜라이더를 클릭하는 테스트를 진행해보면 그 차이를 명확하게 인지할 수 있다.

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Tilemap (3) 

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타일맵에 콜라이더 추가하기

작성 기준 버전 :: 2019.1.4f1

이전 섹션들에서는 타일맵 생성 방법과 2D 엑스트라의 룰 타일을 이용한 타일 자동 연결 기능을 알아보았다. 이번 섹션에서는 타일맵에 콜라이더를 추가하는 방법을 배워볼 것이다.

이제까지 타일맵에 사용될 타일 이미지를 만들고 가져오는 방법, 타일맵을 만들고 사용하는 방법들을 배웠다. 이제 만들어낸 타일맵을 이용해서 맵을 그려내면 게임 레벨이 될 것이다. 하지만 여기에 아직 부족한 점이 있다.

지금까지 배운 것들로는 맵을 그리기만 할 수 있다. 무슨 말인가 하면, 2D RPG 류의 게임에서는 어떤 타일은 벽이 되서 캐릭터가 이동하는 것을 막는 장애물이 되어야 하고, 플랫폼 게임(Platform Game)에서는 타일이 캐릭터가 딪고 설 바닥이 되어주어야 한다. 즉, 타일에 콜라이더를 추가해서 물리적인 작용이 가능하게 만들어야 한다는 뜻이다.

플랫폼 게임을 만드는데 노란 공이 떨어져서 바닥에 닿으면 튕기게 만들고 싶다고 가정해보자.

노란 공에 물리효과를 주기 위해서 Circle Collider 2D 컴포넌트와 Rigidbody 2D 컴포넌트를 부착해주었다. 그리고 꽤 그럴듯하게 공처럼 튀기게 만들기 위해서 물리 머티리얼(Physics Material)까지 넣어주었다.

하지만 타일맵에 물리적인 컴포넌트가 아무것도 없는 상태이기 때문에 플레이를 시작하면 떨어지는 공은 타일맵을 그냥 통과해버린다. 

타일맵 콜라이더 2D 컴포넌트(Tilemap Collider 2D Component)

이전 섹션을 진행해왔다면 하이어라키 뷰에 존재하는 타일맵은 게임 오브젝트하나로 존재하기 때문에 어떻게 콜라이더를 배치해야할지 난감할 수도 있다.

타일맵을 위한 콜라이더를 유니티에서는 이미 제공하고 있다. 타일맵 콜라이더 2D 컴포넌트(Tilemap Collider 2D Component)가 바로 그것이다.

타일맵 컴포넌트가 붙어있는 게임 오브젝트에 타일맵 콜라이더 2D 컴포넌트를 부착하면 씬에서 위의 이미지와 같이 각 타일마다 콜라이더가 생겼음을 알 수 있다.

타일맵에 콜라이더 컴포넌트를 붙인 상태로 다시 게임을 플레이해보면 떨어진 공이 바닥에 맞고 튕기는 것을 볼 수 있다.

컴포지트 콜라이더 2D 컴포넌트(Composite Collider 2D Component)

[그림 8]을 보면 타일맵 컴포넌트 2D를 이용해서 생성된 콜라이더가 각 타일마다 따로 생성되어 있는 것을 볼 수 있다. 이렇게 분할된 콜라이더는 퍼포먼스 상의 문제와 가끔 이동하는 캐릭터가 콜라이더에 끼어서 움직이지 못하게 되는 등의 문제가 발생할 수 있다.

그런 문제를 해결하기 위해서 제공되는 것이 컴포지트 콜라이더 2D 컴포넌트이다. 이 컴포넌트는 해당 컴포넌트가 붙어있는 게임 오브젝트의 하위에 존재하는 콜라이더들을 하나로 묶어주는 역할을 한다.

컴포지트 콜라이더 2D 컴포넌트를 사용하기 위해서는 타일맵 콜라이더 2D 컴포넌트를 부착한 컴포넌트에 컴포지트 콜라이더 2D 컴포넌트를 부착하고 타일맵 콜라이더 2D 컴포넌트의 Used By Composite 프로퍼티를 체크해주면 된다.

그렇게 하고 나서 씬 뷰에서 타일맵 게임 오브젝트를 선택해보면 초록색 콜라이더 박스가 타일마다 나누어지지 않고 하나로 합쳐져 있는 것을 확인할 수 있다.

하지만 아직 설정이 다 끝나지 않았다. 플레이를 눌러보면 타일맵이 공과 함께 떨어지는 어이없는 상황이 발생한다. [그림 9]를 보면 그 이유를 조금 짐작할 수 있는데 컴포지트 콜라이더 2D 컴포넌트를 추가할 때, 리지드바디 2D 컴포넌트(Rigidbody 2D 컴포넌트)가 자동으로 추가된 것을 알 수 있는데, 리지드바디 컴포넌트는 게임 오브젝트가 외부의 힘이나 토크를 받아 사실적인 물리적인 운동을 보이도록 도와주는 컴포넌트이다.

자동으로 추가된 리지드바디 2D 컴포넌트를 보면 바디 타입(Body Type)이 다이나믹(Dynamic)으로 설정있는 것을 알 수 있다. 즉 타일맵의 리지드바디가 고정된 것이 아니기 때문에 공과 함께 떨어지는 것이다.

바디 타입을 고정(Static)으로 변경하고 실행해보면 [그림 14]와 같이 타일맵이 떨어지지 않고 정상적으로 동작하는 것을 확인할 수 있다.

다만 컴포지트 콜라이더 2D를 사용하는 경우에 주의할 점은 하위에 있는 모든 콜라이더를 하나로 통합하기 때문에, 플랫폼 게임을 만들 때 벽 타일의 콜라이더와 바닥 타일의 콜라이더가 플레이어와 충돌 시 다른 동작을 하게 만들고 싶다면 벽 타일의 타일맵과 바닥 타일의 타일맵을 분리하거나, 캐릭터가 충돌한 방향을 검출해서 벽인지 바닥인지를 검출하는 등의 추가 작업이 필요하다.  

Tilemap (1) - 2D 게임의 기본 타일맵!

Tilemap (2) - 룰 타일로 타일맵 자동 연결하기

Tilemap (3) - 타일맵에 콜라이더 추가하기

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Ragdoll 사용하기

어떤 게임을 보면 죽은 캐릭터가 특정한 사망 애니메이션 없이 흐느적거리면서 쓰러지거나 날아가는 모습을 볼 수 있다. 고정된 사망 애니메이션이 아니라 물리적인 처리로 다양한 사망 모션을 연출하기 위한 기법으로 이것을 rag doll(랙돌, 래그돌)이라고 부른다. 래그돌의 단어적인 의미는 헝겊 인형, 봉제 완구라는 뜻인데, 캐릭터가 힘을 잃고 날아가거나 흐느적거리는 모습이 마치 헝겊 인형 같다고 해서 붙여진 이름이다.

이 기능을 사용하면 앞서 말했듯이 캐릭터가 사망시 특정한 애니메이션만 나오는 것이 아니라 다양한 각도나 힘으로 넘어지는 것을 연출할 수 있게 된다.

구현하기

이 래그돌 기능을 사용하기 위해서는 우선 사람의 본(bone, 뼈대) 구조를 가진 모델이 필요하다.

이 예제에서는 애셋 스토어에서 손쉽게 구할 수 있는 유니티 짱을 사용했다. 캐릭터의 기본 자세는 T자 자세를 잡고 있는 것을 사용할 것을 권장한다. 다른 포즈를 취하고 있는 모델의 경우 래그돌을 적용하면 래그돌이 쉽게 무너지는 경향이 있다.

유니티 짱 모델을 불러왔다면 Hierarchy 뷰에서 우클릭을 한 후에 3D Object>Ragdoll... 항목을 선택한다.

그러면 Create Ragdoll 창이 뜨는데 창의 각 항목에 대응되는 유니티 짱의 본을 선택해서 넣어주어야 한다. 그리고 Total Mass 값은 래그돌의 무게를 정하는 값이다. 이 값을 정해주면 사람의 평균적인 부위별 무게 비율에 맞춰 각 본들의 무게가 정해진다. 유니티에서 말하는 Mass 값의 기본 단위는 1값이 1kg이라고 하기 때문에 Total Mass 값은 임시로 45kg으로 정해주도록 하자.

Strength 값은 래그돌이 모양을 유지하고 붕괴되지 않도록 도와주는 힘에 대한 값이다.

래그돌이 적용된 게임에서 종종 사망한 캐릭터의 몸이 엿가락처럼 늘어나서 마구 흔들리는 문제는 이 Strength 값이 낮아서 발생하는 문제이다.

마지막으로 Create 버튼을 클릭하면 모델링의 신체 각 부위에 콜라이더들이 씌워진 것을 볼 수 있다. 이러면 캐릭터에 래그돌이 성공적으로 적용된 것이다.

플레이 버튼을 눌러보면 유니티 짱이 힘없이 쓰러지는 장면을 볼 수 있다. 머리카락 부위가 뻣뻣한 것이 보이긴 여기에 추가적인 본이 있다면 머리카락 쪽에도 래그돌 기능을 넣어줄 수 있다.

물리적인 힘 가하기

게임에서 캐릭터들이 죽은 뒤에 진행 방향이나 공격 받은 방향의 반대로 날아가는 것을 자주 볼 수 있는데, 이 기능은 유니티 상에서 구현하기 어렵지 않다. 래그돌 기능이 적용된 각 신체 부위의 경우, 물리적인 힘을 받을 수 있는 리지드 바디(Rigidbody)를 가지고 있다. 코드 상에서 원하는 신체 부위의 리지드 바디에 AddForce를 가해주면 캐릭터가 날아가는 것을 볼 수 있다.

using UnityEngine;

public class RagDollPhysics : MonoBehaviour
{
    [SerializeField]
    Rigidbody spineRigidBody;
   
    // Update is called once per frame
    void Update ()
    {
        if(Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
        {
            spineRigidBody.AddForce(new Vector3(0f, 10000f, 10000f));
        }
    }
}

위의 코드는 Space 키를 누르면 캐릭터의 리지드 바디에 특정한 방향으로 힘을 가하는 코드이다.

작성한 스크립트를 유니티 짱 모델에 넣어주고 래그돌이 적용된 본들 중에 원하는 본을 스크립트에 넣어준다. 예제에서는 신체의 상단 중심이 되는 가슴쪽 척추의 리지드 바디를 선택했다.

모든 작업이 끝났다면 플레이 버튼을 누르고 Space 키를 눌러보자. 그러면 유니티 짱이 쓰러지려다 앞으로 날아가는 것을 볼 수 있을 것이다.

래그돌을 이용하는 방법을 추가로 이야기하자면, 이런 래그돌 오브젝트를 만들어둔 다음, 애니메이션이 포함된 일반 캐릭터가 정상적으로 움직이다가 캐릭터가 죽으면 일반 캐릭터 오브젝트의 액티브를 끄고 래그돌 오브젝트의 액티브를 켜서 교체하는 식으로 자주 사용된다.

래그돌의 성능은 캐릭터의 사지 전체와 몸통의 관절에 대한 물리를 모두 계산해야하기 때문에 조금은 무거운 편에 속한다. 그렇기 때문에 일반적으로는 캐릭터가 죽고난 이후 몇 초간 물리를 켜두다가 그 이후에 더 이상 움직임이 거의 없는 상태가 되면 물리 계산을 끄거나, 아예 오브젝트를 지우는 방식으로 최적화를 해주어야 한다.

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