Ragdoll 사용하기 - 게임에서 자연스럽게 적용하기

 

이전 섹션까지는 캐릭터에 인체형 래그돌을 적용하고 확장된 커스텀 본에 Character Joint를 넣어서 최대한 자연스러운 래그돌을 만들어내는 작업을 진행해보았다. 그렇게 함으로써 게임에 적용하기 적당한 래그돌을 얻었다. 래그돌을 설명하는 제일 첫 번째 섹션의 아래 쪽에서 실제로 게임에서 래그돌을 사용하는 방법에 대해서 이야기했었는데, 이번 섹션에서는 그 부분에 대해서 자세하게 이야기해볼 것이다.

 

 

게임에서 래그돌을 사용하는 실제 방법은 실제 애니메이션이 적용되어 있는 캐릭터 오브젝트가 살아있는 동안에는 정상적으로 움직이다가, 캐릭터의 체력이 0이 된다던가 하는 방식으로 사망하게 되면 캐릭터 오브젝트를 래그돌 오브젝트로 교체하는 것이다. 다음은 애니메이션된 캐릭터 오브젝트와 래그돌 오브젝트를 교체해주는 코드이다.

 

using UnityEngine;

public class Character : MonoBehaviour
{
    public GameObject charObj;
    public GameObject ragdollObj;

    public Rigidbody spine;

    void Update ()
    {
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))   // Space 키를 누르면 캐릭터가 사망한다고 가정하자.
        {
            ChangeRagdoll();
            spine.AddForce(new Vector3(0f, 0f, 5000f));
        }
    }

    public void ChangeRagdoll()
    {
        charObj.gameObject.SetActive(false);
        ragdollObj.gameObject.SetActive(true);
    }
}

 

 

코드를 작성하고 이미지처럼 적용을 한 다음, 플레이 버튼을 눌러서 테스트를 해보자.

 

 

플레이 되는 도중에 Space 키를 누르면 달리기를 하던 캐릭터가 래그돌로 바뀌면서 풀썩 쓰러지는 것을 볼 수 있을 것이다. 하지만 예시 이미지에서도 보이듯이 캐릭터가 래그돌로 바뀔 때, 갑자기 캐릭터의 포즈가 T자로 바뀌면서 변경되는 것을 볼 수 있다. 이것은 래그돌의 기본 자세가 T자 자세이기 때문에 발생하는 문제이다. 하지만 유니티에서 제공하는 기본적인 래그돌 적용 기능은 T자 자세로 하기를 권장하기 때문에 다른 자세로 만드는 것은 추천하지 않는다.

 

그렇다면 이 어색한 래그돌 전환 문제를 어떻게 해결해야 할지를 찾아야 한다.

 

 

 

우선 캐릭터의 본은 유니티의 Hierarchy 뷰에서 오브젝트로 볼 수 있는데 각 본은 위치와 각도 정보를 가지고 있는 Transform 컴포넌트를 가진다.

 

 

애니메이션을 가진 오브젝트와 래그돌이 적용된 오브젝트를 살펴보면 같은 모델링을 사용했기 때문에 같은 구조를 가지고 있는 것을 알 수 있다.

 

1. 캐릭터의 각 본들은 그 위치와 각도에 대한 정보를 담고 잇는 Transform 컴포넌트를 가진다.

2. 애니메이션 캐릭터 오브젝트와 래그돌 오브젝트의 구조는 1:1로 대응이 된다.

 

위의 2가지 정보를 이용하나면 하나의 아이디어를 얻을 수 있다. 그것은 바로 "애니메이션 캐릭터 오브젝트가 래그돌 오브젝트로 교체될 때 각 본들의 위치와 각도를 전해주면 애니메이션 캐릭터 오브젝트가 취한 마지막 포즈를 래그돌 오브젝트가 취한 채로 시작되지 않을까?" 하는 것이다.

 

이 아이디어를 코드로 만들어보자.

 

using UnityEngine;

public class Character : MonoBehaviour
{
    public GameObject charObj;
    public GameObject ragdollObj;

    public Rigidbody spine;

    void Update ()
    {
        if (Input.GetKeyDown(KeyCode.Space))
        {
            ChangeRagdoll();
            spine.AddForce(new Vector3(0f, 0f, 5000f));
        }
    }

    public void ChangeRagdoll()
    {
        CopyAnimCharacterTransformToRagdoll(charObj.transform, ragdollObj.transform);

        charObj.gameObject.SetActive(false);
        ragdollObj.gameObject.SetActive(true);
    }

    private void CopyAnimCharacterTransformToRagdoll(Transform origin, Transform rag)
    {
        for (int i = 0; i < origin.transform.childCount; i++)
        {
            if (origin.transform.childCount != 0)
            {
                CopyAnimCharacterTransformToRagdoll(origin.transform.GetChild(i), rag.transform.GetChild(i));
            }
            rag.transform.GetChild(i).localPosition = origin.transform.GetChild(i).localPosition;
            rag.transform.GetChild(i).localRotation = origin.transform.GetChild(i).localRotation;
        }
    }
}

 

위의 코드는 SetActive로 오브젝트들을 교체하기 직전에 원본의 자식 오브젝트들의 Transform을 래그돌의 자식 오브젝트들의 Transform에 복사해주는 작업을 진행한다.

 

 

 

완성된 코드를 적용하고 테스트를 해보면 Space 키를 누르면 달리는 동작과 자연스럽게 이어지면서 쓰러지는 것을 볼 수 있다.

 

 

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Ragdoll 사용하기 - 커스텀 본에 Ragdoll 적용하기

 

이전 섹션들에서는 기본적인 인체 형태(Humanoid)의 본 구조에 대해 래그돌을 적용하고 거기에 사용되는 Character Joint 컴포넌트의 상세한 옵션에 대해서 알아보았다. 이번 섹션에서는 지난 섹션에서 본 Character Joint를 이용해서 일반적인 인체 구조의 외의 다른 형태의 본에 대해서 래그돌을 적용하는 법에 대해서 알아보게 될 것이다.

 

새로운 응용법을 배우게 될 것이지만 준비물은 전과 같다. 유니티 짱 캐릭터 하나면 충분하다.

 

 

유니티 짱 캐릭터의 모델링은 기본적인 인체 구조를 약간 벗어나 머리카락 부분에도 본이 심어져 있다. 이번 예제에서는 이 머리카락의 본 부분에 Character joint를 적용해서 래그돌이 되었을때 머리카락 역시 움직임을 보이도록 만들것이다.

 

 

뒷 머리카락의 본은 Head에 연결된 HairTail에서 시작된다.

 

 

이 두개의 본을 선택하고 Character Joint와 Sphere Collider를 생성한다. Rigidbody 컴포넌트의 경우는 Character Joint를 생성하면 자동으로 생성된다. Sphere Collider는 머리카락의 충돌을 처리하기 위해 생성한다.

 

 

다음은 Character Joint의 Connected Body 프로퍼티에 Head의 Rigidbody를 넣어준다. 그러면 머리카락의 조인트는 머리에 연결된다.

 

 

그 다음엔 추가한 Collider의 크기를 조절해야 한다.

 

 

만약 그렇지 않으면 이런 장면을 보게 될 것이다.

 

 

Collider의 설정을 적절히 수정해서 아래와 같은 모습이 되도록 하자.

 

 

그리고 머리카락의 무게가 너무 무거우면 이상한 움직임을 보일 수 있으므로 적절하게 수정해주어야 한다.

 

 

위와 같은 과정을 머리카락 끝까지 반복하여 이미지처럼 만들면 된다.

 

 

설정을 끝낸 후에 머리카락의 본에 Character Joint를 심은 모델과 심지 않은 모델을 비교해보면 그 차이를 확실하게 느낄 수 있다. 머리카락에도 래그돌이 적용된 캐릭터의 머리카락은 자연스럽게 바닥에 떨어져 모양이 잡히는 반면에 적용되지 않는 캐릭터의 머리카락은 뻣뻣하게 되어 있는 것을 볼 수 있다.

 

이렇듯이 인간형이 아니거나 인간형에서 확장된 모델의 경우에도 적절하게 Character Joint를 심고 형태에 맞는 Collider를 넣어주는 것 만으로 래그돌을 적용할 수 있다.

 

 

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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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