🎮 Unity6 리지드바디(Rigidbody)

📌 본 포스팅은 Unity 6 공식 매뉴얼의 내용을 바탕으로 작성되었습니다.

물리학에서 강체(rigid body)는 물리적인 힘을 받아도 형태가 변하거나 모양이 바뀌지 않는 물체를 말합니다. 강체의 두 지점 사이의 거리는 가해지는 외부 힘에 관계없이 항상 일정하게 유지됩니다.

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🔮소개

움직임, 중력, 충돌(collision), 조인트(joints)와 같은 물리 기반 동작을 시뮬레이션하려면, 장면(scene) 내의 오브젝트들을 강체로 설정해야 합니다. 유니티의 PhysX 시스템에서 게임 오브젝트(GameObjects)를 강체로 설정하려면 Rigidbody(리지드바디) 컴포넌트를 할당하면 됩니다. Rigidbody 컴포넌트는 API에서는 Rigidbody 클래스로 표현됩니다.

물리 기반 움직임을 가진 강체 게임 오브젝트

유니티에서 Rigidbody 컴포넌트는 게임 오브젝트의 움직임과 위치를 물리 기반으로 제어하는 방법을 제공합니다. Transform 속성 대신, 시뮬레이션된 물리적 힘과 토크(회전력)를 사용하여 게임 오브젝트를 움직이고, 물리 엔진(physics engine)이 결과를 계산하도록 할 수 있습니다.

대부분의 경우, 게임 오브젝트에 Rigidbody가 있다면 Transform 속성 대신 Rigidbody 속성을 사용하여 게임 오브젝트를 움직여야 합니다. Rigidbody 속성은 물리 시스템에서 힘과 토크를 적용하여 게임 오브젝트의 Transform을 변경합니다.

만약 Transform을 직접 변경하면 유니티가 물리 시뮬레이션을 올바르게 계산할 수 없어서 원치 않는 동작이 발생할 수 있습니다. 이는 조인트(Joints)가 있는 강체에서 특히 그렇습니다.

유니티는 물리 기반 움직임을 로컬이 아닌 전역적으로 처리합니다. Rigidbody가 있는 게임 오브젝트가 물리 기반 움직임을 통해 움직일 때, 이는 부모 또는 자식 게임 오브젝트와 독립적으로 움직입니다. Rigidbody를 가진 자식 게임 오브젝트는 초기 위치를 정의하기 위해 여전히 부모 게임 오브젝트를 사용하지만, 유니티는 물리 기반 움직임을 전역 공간에서 계산합니다.

스크립트를 통해 Rigidbody를 제어하려면, 주로 AddForce(게임 오브젝트에 힘을 추가) 및 AddTorque(게임 오브젝트에 토크를 적용) 클래스를 사용합니다.

물리 기반 움직임이 없는 강체 게임 오브젝트

물리 시스템이 게임 오브젝트를 감지하기는 원하지만, 물리 시스템이 그 움직임을 제어하지는 않기를 원하는 경우도 있습니다. 예를 들어, 컬라이더(Colliders)가 게임 오브젝트를 감지하도록 원하지만, 해당 게임 오브젝트의 움직임과 위치는 Transform을 통해 직접 제어하려는 경우입니다.

유니티에서 물리 기반이 아닌 움직임을 키네마틱(kinematic motion)이라고 합니다. Rigidbody 컴포넌트에는 Is Kinematic이라는 속성이 있는데, 이 속성을 활성화하면 연결된 게임 오브젝트가 물리 기반이 아닌 것으로 정의되고, 물리 엔진의 제어에서 제외됩니다. 이를 통해 유니티의 물리 시뮬레이션 계산이 변경 사항을 덮어쓰지 않고 Transform을 통해 키네마틱 방식으로 움직일 수 있습니다.

키네마틱 Rigidbody는 물리 기반 Rigidbody 게임 오브젝트에 물리 기반 힘을 가할 수 있지만, 물리 기반 힘을 받지는 않습니다. 예를 들어, 키네마틱 Rigidbody는 물리 기반 움직임을 가진 Rigidbody와 충돌하여 "밀어낼" 수 있지만, 물리 기반 움직임을 가진 Rigidbody는 키네마틱 Rigidbody를 "밀어낼" 수 없습니다.

💡환경적 요소를 만들어 사용할 때 활용

조인트(Joint)를 사용하여 키네마틱 Rigidbody를 비키네마틱 Rigidbody에 연결하는 경우, 조인트는 키네마틱 Rigidbody를 움직이기 위해 힘을 가할 수 없습니다. 오직 비키네마틱 Rigidbody만 움직일 수 있습니다. 그러나 Transform을 통해 키네마틱 Rigidbody를 계속 움직일 수 있으며, 조인트는 조인트 제한을 충족시키기 위해 비키네마틱 바디의 자세를 조정할 수 있습니다.

🔮Rigidbody 최적화

Rigidbody가 Sleep Threshold(슬립 임계값, 물리 프로젝트 설정 참조)보다 느린 속도로 움직이면, 유니티는 Rigidbody를 "슬립(sleep)" 상태로 만듭니다. 이는 물리 시스템이 해당 Rigidbody를 물리 계산에 포함하지 않는다는 것을 의미합니다. 슬립 상태의 Rigidbody가 충돌이나 힘을 받으면, 유니티는 Rigidbody를 "깨어나게(wakes up)" 하고 물리 계산에 다시 포함하기 시작합니다.

💡기본적으로 Rigidbody 컴포넌트의 슬립 및 깨어남은 자동으로 발생합니다. 그러나 스크립트를 통해 Rigidbody.Sleep 및 Rigidbody.WakeUp 메서드를 사용하여 이 동작을 직접 제어할 수도 있습니다.

물리 시스템 대신 Transform 위치를 통해 움직이는 정적 컬라이더(즉, Rigidbody가 없는 컬라이더)의 움직임과 충돌에 Rigidbody가 깨어나지 못할 수 있습니다. 이는 물리 시스템이 정적 컬라이더를 더 이상 감지할 수 없을 때 특히 발생할 가능성이 높습니다. 이런 경우, Rigidbody.WakeUp을 사용하여 슬립 상태의 Rigidbody를 깨울 수 있습니다.

PhysX 물리 시스템이 슬립을 처리하는 방법에 대한 자세한 내용은 [NVIDIA PhysX SDK Rigidbody Dynamics 문서]의 Sleeping 섹션을 참조

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🔮Rigidbody와 Collider 설정

충돌이 발생하도록 하려면 게임 오브젝트(GameObject)에 리지드바디와 함께 컬라이더를 추가해야 합니다.(컬라이더는 리지드바디의 물리적인 경계를 정의하는 역할)

한 리지드바디가 다른 리지드바디와 충돌할 때, 물리 엔진(physics engine)은 두 게임 오브젝트 모두에 컬라이더가 부착되어 있어야만 충돌을 계산합니다. 만약 한 게임 오브젝트에 리지드바디는 있지만 컬라이더가 없다면, 다른 게임 오브젝트들을 그냥 통과해버리고 유니티는 이를 충돌 계산에 포함하지 않습니다.

즉, Collider는 Rigidbody의 물리적 경계를 정의, 충돌 시 각 리지드바디의 상대적인 질량(Mass)이 서로 어떻게 반응할지를 결정합니다.

볼록(Convex) 및 오목(Concave) 컬라이더 지오메트리

PhysX 물리 시스템에서는 비키네마틱(non-kinematic) 리지드바디에 배치하는 모든 컬라이더는 볼록(convex)해야 하며, 오목(concave)해서는 안 됩니다. 유니티의 모든 기본 도형(원시 도형)들은 볼록해요. 하지만 메시 컬라이더(Mesh Collider)는 기본적으로 오목한 것으로 간주됩니다.

만약 기본 메시 컬라이더를 비키네마틱 리지드바디에 적용하면, 유니티는 런타임에 오류를 발생시킵니다. 비키네마틱 리지드바디가 물리 기반 힘을 제대로 받게 하려면, 유니티에게 메시 컬라이더를 볼록하게 만들도록 지시해야 합니다.

이를 위해서는 메시 컬라이더의 Convex 속성을 활성화하면 됩니다. Convex가 활성화되면 유니티는 연결된 메시를 기반으로 볼록한 컬라이더 형태(볼록 껍질, hull)를 자동으로 계산하지만 메시의 볼록 껍질은 원본 형태의 근사치에 불과하기 때문에, 부정확한 시뮬레이션으로 이어질 수 있습니다.

더 정확한 충돌 시뮬레이션을 위해서는 다음 방법 중 하나를 사용할 수 있습니다:

• DCC 도구를 사용하여 메시를 여러 부분으로 나눔(유니티가 각 부분의 볼록 껍질을 계산할 때 전체 형태를 더 잘 나타낼 수 있게 됨)

• 여러 개의 기본 도형 컬라이더를 사용하여 메시와 동일한 형태의 복합 컬라이더(Compound Collider)를 수동으로 제작

• 유니티의 V-HACD와 같이 모든 메시의 볼록 근사치를 자동으로 계산해 주는 도구를 사용

만약 리지드바디가 키네마틱(kinematic)이라면 (즉, 물리 기반 힘을 받지 않는다면), 어떤 종류의 컬라이더든 적용할 수 있습니다.

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🔮Rigidbody에 지속적인 힘 적용

게임 오브젝트의 리지드바디에 지속적인 선형(직선) 또는 회전력을 가하고 싶다면, 해당 게임 오브젝트에 Constant Force (상수 힘) 컴포넌트를 추가해야합니다. 이 컴포넌트는 API에서 ConstantForce 클래스로 표현됩니다. 컴포넌트 속성 설정에 대한 자세한 내용은 Constant Force 컴포넌트 참조 문서를 확인해 보세요.

최대 속도 제한 설정

지속적인 힘은 일정한 속도와는 다릅니다. 지속적인 힘을 가하면 움직임의 속도는 힘의 값에 따라 시간이 지남에 따라 가속됩니다. 현실에서는 이 가속이 무한정 계속되죠. 유니티의 물리 시뮬레이션에서는 기본적으로 선형 가속은 무한히 지속되고, 각(angular) 가속은 리지드바디가 최대 50 rad/s의 속도에 도달할 때까지 계속됩니다. 이 최대 속도 값들은 코드에서 Rigidbody.maxLinearVelocity 및 Rigidbody.maxAngularVelocity 속성을 통해 변경할 수 있습니다.

지속적인 전방 가속 설정하기
게임 오브젝트가 마치 로켓처럼 지속적으로 앞으로 가속하도록 만드는 방법

1. 게임 오브젝트에 Constant Force 컴포넌트를 추가

2. Constant Force 컴포넌트에서 Relative Force의 Z축 값을 양수로 설정

3. 리지드바디에서 Use Gravity (중력 사용)를 비활성화(이렇게 하면 게임 오브젝트에 중력이 작용하지 않아 다른 힘과 충돌하지 않음)

4. 리지드바디 컴포넌트의 Drag (항력) 속성을 조절하여 리지드바디가 원하는 최대 속도를 초과하지 않도록 설정(항력이 높을수록 최대 속도는 낮아짐)

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🔮Rigidbody에 보간 적용하기

보간(Interpolation)은 런타임에 리지드바디(Rigidbody) 게임 오브젝트의 움직임에서 발생할 수 있는 떨림현상을 관리하는 방법입니다.

떨림 현상은 물리 시뮬레이션 업데이트 속도(이는 고정 타임스텝(Fixed Timestep)에 의해 결정됨)가 애플리케이션의 프레임 속도보다 느릴 때 발생할 수 있습니다. 특히 런타임에 카메라가 추적하는 물리 기반 움직임을 가진 Rigidbody에서 두드러지게 나타납니다.

유니티의 PhysX 시스템은 보간을 구현하는 방법을 제공합니다. Rigidbody의 Interpolate 설정은 런타임에 Rigidbody 움직임이 떨리는 것처럼 보일 때, 이를 부드럽게 보이도록 하는 두 가지 옵션을 제공합니다: Interpolate, Extrapolate

보간(Interpolation)과 외삽(Extrapolation) 모두 물리 업데이트 사이에서 Rigidbody의 자세(위치와 회전)를 계산합니다. 어떤 옵션을 선택할지는 사용 사례에 따라 어떤 것이 가장 좋은 시각적 결과를 만들어내는지에 달려 있습니다.

Interpolate는 기본적으로 None으로 설정되어 있고 Rigidbody 움직임에서 떨림 현상이 보일 때만 보간 또는 외삽을 사용해야 합니다.

보간 또는 외삽이 활성화되면 물리 시스템이 Rigidbody의 트랜스폼(Transform)을 제어합니다. 이 때문에 트랜스폼에 직접적인(물리 기반이 아닌) 변경을 가한 후에는 반드시 Physics.SyncTransforms 호출을 따라야 합니다. 그렇지 않으면 유니티는 물리 시스템에서 발생하지 않은 트랜스폼 변경을 무시합니다.

보간 (Interpolate)

이전 두 번의 물리 업데이트에서 Rigidbody의 자세를 사용하여 현재 프레임의 Rigidbody 자세를 계산하고 적용합니다.

Interpolate를 사용하면 Rigidbody가 실제 위치보다 약간 뒤처져 움직이는 것처럼 보입니다. 이는 보간이 Rigidbody의 자세를 한 번의 물리 업데이트만큼 지연시켜 계산에 사용할 두 개의 지점을 확보하고, Rigidbody를 새로운 자세로 이동시킬 충분한 시간을 가지기 때문입니다.

보간은 외삽보다 정확하지만, 한 번의 물리 업데이트만큼의 시간 지연이 있습니다.

Rigidbody의 속도가 변하거나 Rigidbody 움직임에 영향을 미치는 다른 물리적 요소가 있는 상황에서는 보통 보간이 가장 좋은 옵션입니다.

(보간은 API 속성인 RigidbodyInterpolation.Interpolate로 표현)

외삽 (Extrapolate)

이전 물리 업데이트의 Rigidbody 자세를 사용하고, 다음 물리 업데이트에서의 Rigidbody 자세를 예측하여 현재 프레임의 자세를 계산하고 예측합니다.

Extrapolate를 사용하면 Rigidbody가 실제 위치보다 약간 앞서 움직이는 것처럼 보입니다. 이는 외삽이 Rigidbody의 현재 속도를 사용하여 다음 물리 업데이트에서의 Rigidbody 자세를 예측하고, 계산에 사용할 두 개의 지점을 확보하기 때문입니다.

외삽은 종종 정확도가 떨어지며, 충돌(collision) 경계를 시각적으로 넘어섰다가 (다음 물리 업데이트 후 다음 프레임에서 스스로 수정됨) 다시 돌아오는 현상이 발생할 수 있습니다. 이는 외삽 계산이 미래의 물리적 힘이나 계산을 고려하지 않기 때문입니다.

외삽은 정확도가 중요하지 않은 상황에서만 좋은 옵션입니다. 예를 들어, Rigidbody가 일정한 속도로 움직이고 Rigidbody 움직임에 영향을 미치는 다른 물리적 요소가 없는 경우에 적합합니다.
(외삽은 API 속성인 RigidbodyInterpolation.Extrapolate로 표현)

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🔮Rigidbody 컴포넌트 참조

Rigidbody 컴포넌트를 사용하면 게임 오브젝트(GameObject)에 물리적 속성을 부여할 수 있습니다. Rigidbody는 게임 오브젝트의 움직임과 위치를 물리 기반으로 제어하는 방식을 제공합니다. Transform 속성을 직접 조절하는 대신, 시뮬레이션된 물리적 힘과 토크(회전력)를 사용하여 게임 오브젝트를 움직이게 하고 물리 엔진이 그 결과를 계산하도록 맡길 수 있습니다.
(더 자세한 내용은 Rigidbody 물리 소개 문서를 참조)

속성

속성	기능
Mass (질량)	게임 오브젝트의 질량(kg 단위)을 정의합니다. 기본값은 1입니다. 실제와 마찬가지로, 질량은 중력 하에서 얼마나 빨리 떨어지는지에는 영향을 주지 않습니다. 움직임을 느리게 하는 저항력을 시뮬레이션하려면 Drag를 사용하세요.
Linear Damping (선형 감쇠)	Rigidbody의 선형 속도의 감소율을 정의하여 공기 저항이나 마찰 같은 저항력을 시뮬레이션합니다. 낮은 값은 느린 감소율을 제공하여 오브젝트가 더 오래 빠르게 움직입니다 (무거운 물체 시뮬레이션에 유용). 높은 값은 빠른 감소율을 제공하여 오브젝트가 짧은 시간 내에 느려집니다 (가벼운 물체 시뮬레이션에 유용).
Angular Damping (각 감쇠)	Rigidbody의 회전 속도 감소율을 정의하여 회전에 대한 저항력을 시뮬레이션합니다. 선형 감쇠와 동일하게, 낮은 값은 느리게 감쇠되고, 높은 값은 빠르게 감쇠됩니다. 단, 값을 무한대로 설정해도 회전을 완전히 멈출 수는 없습니다. 기본값은 0.05입니다.
Automatic Center Of Mass (자동 질량 중심)	이 옵션을 활성화하면 Rigidbody의 모양과 크기를 기준으로 물리 시스템이 예측한 질량 중심을 사용합니다. 비활성화 시 X, Y, Z 좌표를 수동으로 설정할 수 있습니다.
Automatic Tensor (자동 텐서)	이 옵션을 활성화하면 연결된 모든 콜라이더를 기반으로 물리 시스템이 예측한 관성 텐서와 텐서 회전을 사용합니다. 질량은 선형 운동에 영향을 주는 반면, 관성 텐서는 회전 운동에 영향을 줍니다. 비활성화하면 X, Y, Z 좌표를 수동으로 설정할 수 있습니다.
- Inertia Tensor (관성 텐서)	Rigidbody가 축을 기준으로 회전하는 데 필요한 토크의 양을 정의합니다. 값이 클수록 더 많은 토크가 필요합니다.
- Inertia Tensor Rotation (관성 텐서 회전)	관성 텐서의 회전을 정의합니다.
Use Gravity (중력 사용)	Rigidbody에 중력 효과를 적용할지 여부를 설정합니다. 활성화 시, 물리 시스템이 중력 방향(기본적으로 Y축 아래 방향)으로 힘을 가합니다. 기본적으로 활성화되어 있습니다.
Is Kinematic (키네마틱 여부)	물리 기반 움직임과 키네마틱 움직임 사이를 전환합니다. 활성화 시, 물리 시스템은 오브젝트를 움직이거나 회전시킬 수 없고, 오직 Transform을 통해 움직임과 회전을 제어할 수 있습니다. 기본적으로 비활성화되어 있습니다.
Interpolate (보간)	Rigidbody의 움직임이 런타임 중에 떨리는 것처럼 보일 때, 움직임을 부드럽게 하기 위한 설정입니다. 보간(Interpolate)과 외삽(Extrapolate) 옵션이 있습니다. 보간과 외삽 모두 물리 업데이트 사이의 Rigidbody 위치 및 회전을 계산합니다. 어떤 옵션이 더 적합한지는 시각적인 결과에 따라 다릅니다. - None (없음): 보간이나 외삽을 사용하지 않습니다 (기본값). - Interpolate (보간): 이전 두 번의 물리 업데이트를 기반으로 현재 프레임의 위치와 회전을 계산합니다. 더 정확하지만 한 프레임 정도의 지연이 있습니다. 속도가 자주 바뀌거나 다른 물리 요소와 상호작용하는 경우 적합합니다. - Extrapolate (외삽): 이전 한 번의 업데이트를 기반으로 다음 위치를 예측해 현재 프레임의 위치를 계산합니다. 정확도는 낮지만 지연이 적고 일정한 속도로 움직이는 경우 적합합니다.
Collision Detection (충돌 감지)	이 Rigidbody의 콜라이더와 다른 콜라이더 간의 충돌을 감지하는 방식을 정의합니다. Unity는 콜라이더 쌍마다 하나의 충돌을 생성하며, 충돌 감지 방식은 아래 설정에 따라 결정됩니다. 기본값은 Discrete입니다. - Discrete (이산): 빠르게 움직이지 않는 오브젝트에 적합하며 계산 비용이 적습니다. - Continuous (연속): 빠르게 움직이는 오브젝트가 정적 콜라이더와 충돌할 때 적합합니다. 계산 비용이 더 큽니다. - Continuous Dynamic (연속 동적): 빠르게 움직이는 오브젝트가 모든 콜라이더와 충돌할 때 사용합니다. 연산 비용이 가장 큽니다. - Continuous Speculative (추측 연속): 충돌 정확도가 중요하지 않을 때 사용합니다. 계산 비용은 이산보다 높지만, 연속보다는 낮습니다.
Constraints (제약 조건)	Rigidbody의 움직임에 제한을 설정합니다. - Freeze Position (위치 고정): X, Y, Z 축 중 선택하여 위치 이동을 막습니다. - Freeze Rotation (회전 고정): 로컬 X, Y, Z 축 중 선택하여 회전을 막습니다.

Layer Overrides (레이어 오버라이드)

Layer Overrides 섹션에서는 이 Rigidbody에 연결된 모든 콜라이더에 대해 프로젝트 전역의 레이어 기반 충돌 감지 설정을 무시하고 개별 설정을 적용할 수 있는 속성들을 제공합니다.

속성	설명
Layer Override Priority (레이어 오버라이드 우선순위)	이 Rigidbody에 연결된 콜라이더의 오버라이드 우선순위를 정의합니다. 콜라이더 간에 충돌 설정이 충돌(conflict)할 경우, Unity는 더 높은 우선순위 값을 가진 콜라이더의 설정을 사용합니다. 예를 들어, Layer Override Priority가 1인 콜라이더와 2인 콜라이더가 충돌하면, 물리 시스템은 우선순위가 2인 콜라이더의 설정을 사용합니다.
Include Layers (포함할 레이어)	이 Rigidbody에 연결된 콜라이더와 충돌 시 포함할 레이어를 선택합니다. 선택된 레이어에 있는 다른 콜라이더와의 충돌이 허용됩니다.
Exclude Layers (제외할 레이어)	이 Rigidbody에 연결된 콜라이더와 충돌 시 제외할 레이어를 선택합니다. 선택된 레이어에 있는 콜라이더와는 충돌하지 않습니다.