Sphere Surface Particle System 구현 가이드

• 구체 표면 위를 움직이는 파티클 시스템을 구현
• 기존 파티클 시스템의 동작 방식을 커스텀 스크립트로 제어

1. 동작 원리 및 구현

1.1 동작 원리

이 파티클 시스템은 다음과 같은 핵심 로직으로 작동합니다.

1. 초기 배치 (Initialization)

• Random.onUnitSphere를 사용항여 단위 구(반지름 1) 표면의 랜덤한 좌표를 생성.
• 여기에 사용자가 설정한 sphereRadius를 곱하여 원하는 크기의 구 표면 위에 파티클을 배치.

2. 표면 구속 (Surface Constraint)

• 파티클이 움직일 때마다 위치 벡터를 normalized(정규화)하여 방향 벡터만 추출.
• 정규화된 벡터에 sphereRadius를 다시 곱함으로써, 파티클이 항상 구의 표면(원점에서 일정한 거리) 위에 위치하도록 강제함.

3. 노이즈 기반 운동 (Noise-based Motion)

• Mathf.PerlinNoise를 사용하여 각 파티클에 고유하면서도 자연스러운 오프셋 값을 생성.
• 파티클의 인텍서(i)에 고유한 소수 계수를 곱하여 시드 값을 다르게 설정함으로써, 각 파티클이 서로 다른 패턴으로 움직이도록 함.
• 생성된 노이즈 오프셋을 현재 위치에 더한 뒤, 다시 정규화 및 반지름 적용 과정을 거쳐 구 표면을 따라 흐르는 듯한 움직임을 구현.

4. 수명 관리 (Lifetime Management)

• LateUpdate에서 매 프레임 remainingLifetime을 강제로 lifetime으로 재설정.
• 이를 통해 파티클이 소멸하지 않고 영원히 움직이도록 유지.

1.2 구현 단계 (Unity Editor 설정)

스크립트를 적용하기 전, Unity 에디터에서 다음과 같이 설정해야 함.

단계 1. 빈 게임 오브젝트 생성 후 스크립트 첨부

1. Hierarchy 창에서 우클릭 > Create Empty를 선택하여 빈 오브젝트를 생성.
2. 생성된 오브젝트에 Particle System 컴포넌트를 추가 (Add Component > Particle System).
3. GenerativeSphereParticles.cs를 프로젝트에 추가하고, 오브젝트에 드래그하여 첨부.

단계 2. Particle System 기본 모듈 설정 (Inspector)

스크립트의 SetupParticleSystem 메서드가 Start시점에 대부분의 설정을 덮어쓰지만, 초기 세팅을 명확히 하기 위해 다음 항목들을 체크.

• Main 모듈
  • Start Lifetime : 스크립트 변수 lifetime으로 제어되므로 임의의 값 설정 가능.
  • Start Size : 스크립트 변수 particleSize로 제어.
• Emmision 모듈
  • Emission over Time : 체크 해제 (스크립트에서 emission.enabled = false로 설정하여 자동 방출을 끔. 파티클은 스크립트 시작 시 한 번만 생성됨).
• Shape 모듈
  • Shape : 체크 해제 (스크립트에서 직접 위치를 계산하므로 기본 셰이프 방출 기능은 사용 안함).
• Renderer 모듈
  • Render Mode : Billboard (카메라를 항상 바랍보도록 설정)
  • Material : URP Lit을 가진 머티리얼을 할당.

단계 3. 머티리얼 및 텍스쳐 설정

파티클이 투명도를 가지고 올바르게 렌더링되기 위한 설정.

1. 텍스쳐 임포트 설정

• 사용할 파티클 텍스쳐(PNG)를 Project 창에서 선택.
• Inspector 창에서 Texture Type이 Default 또는 Sprite (2D and UI)로 설정되어 있는지 확인.
• Alpha Source : Input Texture Alpha로 설정.
• Alpha Is Transparency : 체크. (이 옵션을 켜야 텍스쳐의 투명 배경이 반영됨)
• Apply 버튼을 눌러 설정을 저장.

2. 머티리얼 설정

• 새 머티리얼을 생성하고 Shader를 Universal Render Pipeline/Lit로 설정.
• Base Map에 앞서 설정한 텍스쳐를 할당.
• Surface Type이 Opaque가 아닌 Transparent로 설정되어 있는지 확인.
• 완성된 머티리얼을 파티클 시스템 컴포넌트의 Renderer > Material 슬롯에 할당.

단계 4. 스크립트 변수 조정 (Inspector)

오브젝트를 선택한 상태에서 Inspector의 Generative Sphere Particles 컴포넌트 변수를 조정하여 원하는 시각 효과를 완성.

• Settings

  • Max Particles: 생성할 파티클의 최대 개수
  • Sphere Radius: 구의 반지름
  • Particle Size: 개별 파티클의 크기
  • Lifetime: 파티클의 수명 (스크립트에서 재생성되므로 시각적인 갱신 주기에 영향)

• Noise & Motion

  • Noise Strength: 노이즈에 의한 움직임의 진폭 (클수록 멀리 움직임)
  • Noise Frequency: 노이즈의 주파수 (클수록 더 잘게, 빠르게 변화)
  • Drift Speed: 파티클이 흐르는 속도

2. 스크립트 + 주석

using System.Numerics;
using UnityEngine;

// 이 스크립트가 첨부된 게임 오브젝트에는 반드시 ParticleSystem 컴포넌트가 있어야 함을 명시
[RequireComponent(typeof(ParticleSystem))]
public class GenerativeSphereParticles : MonoBehaviour
{
  // ==============================================================================
  // [Inspector 변수 : 파티클 생성]
  // ==============================================================================
  [Header("Settings")]
  public int maxParticles = 5000;   // 파티클 최대 개수
  public float sphereRadius = 5f;   // 파티클 분포 구의 반지름
  public float partcleSize = 0.1f;  // 개별 파티클의 시작 크기
  public float lifetime = 5f;       // 파티클 생존 시간 (초)

  // ==============================================================================
  // [Inspector 변수 : 노이즈 및 모션]
  // ==============================================================================
  [Header("Noise & Motion")]
  public float noiseStrength = 1.8f;  // 노이즈가 위치 변동에 미치는 영향력 (진폭)
  public float noiseFrequency = 2.4f; // 노이즈 함수의 주파수 (움직임의 밀도/빈도) 
  public float driftSpeed = 0.08f;    // 노이즈 샘플링 시간의 증가 속도 (움직임 속도)

  // ==============================================================================
  // [Private 멤버 변수]
  // ==============================================================================
  private ParticleSystem _ps;                   // 캐싱된 ParticleSystem 컴포넌트 참조
  private ParticleSystem.Particle[] _particles; // 파티클 데이터를 저장할 배열 

  // ==============================================================================
  // [Unity LifeCycle : Start]
  // ==============================================================================
  void Start()
  {
    // 컴포넌트 참조 가져오기
    _ps = GetComponent<ParticleSystem>();

    // 파티클 시스템의 기본 모듈 설정 적용
    SetupParticleSystem();

    // 렌더러 설정 적용
    SetupRenderer();

    // 파티클 데이터 저장용 배열 초기화 (최대 개수만큼 할당)
    _particles = new ParticleSystem.Particle[maxParticles];

    // 구 표면 위에 파티클을 초기 배치하는 함수 호출
    PlaceParticlesOnSphere();
  }

  // ==============================================================================
  // [Private Method: ParticleSystem 모듈 초기화]
  // ==============================================================================
  void SetupParticleSystem()
  {
    var main = _ps.main;
    // Main 모듈 속성 설정
    main.maxParticles = maxParticles;   // 최대 파티클 수
    main.startLifetime = lifetime;      // 생성 시 부여될 수명
    main.startSize = particleSize;      // 생성 시 부여될 크기
    main.simulationSpace = ParticleSystemSimulationSpace.World; // 월드 좌표계 기준 시뮬레이션 (오브젝트 이동과 독립적)
    main.loop = false;                  // 시스템 루프 비활성화 (수동 제어용)
    main.playOnAwake = false;           // 에디터 실행 시 자동 재생 방지

    // Emission 모듈 설정: 자동 방출 비활성화 (스트립트에서 초기 1회만 배치하므로)
    var emission = _ps.emission;
    emission.enabled = false;

    // Shape 모듈 설정: 기본 셰이프 방출 비활성화 (수동 위치 지정 사용)
    var shape = _ps.shape;
    shape.enabled = false;
  }

  // ==============================================================================
  // [Private Method: Renderer 설정]
  // ==============================================================================
  void SetupRenderer()
  {
    var psRenderer = GetComponent<ParticleSystemRenderer>();
    // 렌더 모드를 Billboard로 설정: 파티클이 항상 카메라를 바라보게 함 (2D 스프라이트처럼 보임)
    psRenderer.renderMode = ParticleSystemRenderMode.Billboard;

    // 참고: Material은 Inspector에서 직접 할당
  }

  // ==============================================================================
  // [Private Method: 구 표면 위 파티클 초기 배치]
  // ==============================================================================
  void PlaceParticlesOnSphere()
  {
    // 최대 파티클 개수만큼 반복
    for (int i = 0; i < maxParticles; i++)
    {
      // Random.outUnitSphere: 반지름 1인 구 표면의 랜덤한 방향 벡터를 반환
      // 여기에 sphereRadius를 곱하여 실제 크기의 구 표면 좌표로 변환
      _particles[i].position = Random.onUnitSphere * sphereRadius;

      // 파티클의 수명 속성 설정
      _particles[i].startLifetime = lifetime;
      _particles[i].remainingLifetime = lifetime; // 현재 남은 수명도 최대 수명으로 초기화

      // 파티클 크기 설정
      _particles[i].startSize = particleSize;
    }
    // 설정된 파티클 데이터 배열을 실제 ParticleSystem에 적용 (개수 지정)
    _ps.SetParticles(_particles, maxParticles);
  }


  // ==============================================================================
  // [Unity LifeCycle: LateUpdate]
  // ==============================================================================
  void LateUpdate()
  {
    // 현재 활성화된 파티클의 개수를 가져오고, 배열에 데이터를 채움
    // 참고: 이 시스템은 파티클을 소멸시키치 않고 재활용하므로 통상ㅈ적으로 count == maxParticles
    int count = _ps.GetParticles(_particles);
    float time = Time.time;   // 현재 게임 시간 저정 (매 프레임 호출 방지용)

    // 활성화된 모든 파티클에 대해 처리
    for (int i = 0; i < count; i++)
    {
      // --------------------------------------------------------------------------
      // [Perlin Noise 를 이용한 유기적 오프셋 계산]
      // --------------------------------------------------------------------------
      // Mathf.PerlinNoise(x,y): 0.0 ~ 1.0 사이의 값을 반환하는 노이즈 함수
      // 1. 인덱스(i)에 고유한 소수(0.3171f 등)를 곱하여 각 파티클마다 다른 노이즈 패턴 생성
      // 2. time * driftSpeed 를 입력하여 시간에 따라 노이즈 값이 변하도록 (애니메이션 효과)
      // 3. 결과값에서 0.5를 빼서 -0.5 ~ 0.5 범위의 중심값을 갖진 오프셋으로 변환

      float nX = MathF.PerlinNoise(i * 0.3171f, time * driftSpeed) - 0.5f;
      float nY = MathF.PerlinNoise(i * 0.6457f, time * driftSpeed) - 0.5f;
      float nZ = MathF.PerlinNoise(i * 0.9133f, time * driftSpeed) - 0.5f;

      // 계산된 노이즈 값을 벡터로 구성하고, Strength를 곱하여 이동 거리를 조절
      Vector3 noiseOffset = new Vector3(nX, nY, nZ) * noiseStrength;

      // --------------------------------------------------------------------------
      // [구 표면 위에 파티클을 구속하는 로직]
      // --------------------------------------------------------------------------
      // 1. 현재 파티클 위치를 정규화 (.normalized): 원점에서의 방향 벡터만 추출 (길이 = 1)
      // 2. 여기에 노이즈 오프셋을 더함: 방향을 살짝 비틀어 움직임을 부여
      // 3. 다시 정규화 (.normalized): 비틀어진 벡터를 다시 길이 1의 단위 벡터로 만듦 (표면 재고정)
      // 4. sphereRadius를 곱함 : 실제 구의 크기로 스케일링
      // 결과: 파티클은 구의 중심에서 일정한 거리(반지름)를 유지하며 표면 위를 미끄러지듯 이동
      Vector3 nextPos = (_particles[i].position.nomalized + noiseOffset).normalized * sphereRadius;

      // 계산된 새 위치를 파티클에 적용
      _particles[i].position = nextPos;

      // 남은 수명을 강제로 최대 수명으로 재시작
      // 파티클이 소멸하는 것을 방지, 계속 움직이도록
      _particles[i].remainingLifetime = lifetime;
    }
    
    // 수정된 파티클 데이터 배열을 ParticleSystem에 다시 업로드하여 화면에 반영
    _ps.SetParticles(_particles, count);
  }
}