커스터마이징의 필요성과 방향성
게임 개발에서 물리 엔진은 단순히 오브젝트를 ‘떨어뜨리는’ 도구가 아닙니다. 그것은 게임의 손맛, 반응성, 심지어는 몰입감까지 좌우하는 중요한 감각적 축이에요. 그래서 단순히 상용 엔진에서 제공하는 기능만으로는 개발자가 의도한 감각을 구현하기 어렵습니다. 결국, 커스터마이징이 필수로 따라오는 구조가 된 것이죠.
개발 초기엔 대부분 “물리 엔진은 그냥 적용하면 되는 거 아냐?”라는 생각을 하게 돼요. 저 역시 그렇게 시작했다가 ‘Rigidbody 하나’ 때문에 프레임이 바닥을 기는 경험을 한 적도 있었고요. 그러다 보니 이 물리 시스템이라는 놈, 생각보다 훨씬 섬세하게 만져줘야 한다는 걸 깨닫게 됐습니다.
게임 장르별 물리 시스템 요구 차이
물리 엔진은 장르에 따라 완전히 다른 전략이 필요합니다. 같은 엔진을 써도 장르가 다르면 세팅값 하나도 다르게 가야 해요.
전투 중심 액션 게임
액션 게임에서 가장 민감한 건 ‘타격감’이에요. 이걸 위해선 충돌, 반응, 관성이 정확하고 즉각적이어야 하죠. 그런데 이게 또 말처럼 쉽지 않습니다.
충돌 감지와 반응의 밀도
충돌(콜리전) 감지는 단순한 히트박스가 아니라 ‘느껴지는 피드백’을 결정합니다. Unity의 OnCollisionEnter나 Unreal의 Hit 이벤트를 그대로 쓰면 너무 늦게 반응하는 경우가 많아요. 그래서 대부분의 상용 액션 게임은 이 부분을 직접 Raycast 또는 SphereCast 기반으로 다시 구현합니다. 빠르게 반응하는 커스텀 충돌 시스템이 필요한 거죠.
관성 조절과 힘의 분산
캐릭터가 칼을 휘두를 때, 무게감이 느껴지도록 하려면 물리 엔진의 Force나 Torque만으론 부족해요. 애니메이션과 동기화된 순간적인 ForceMultiplier 처리, 그리고 예측된 충돌 위치 보정을 통해 관성을 세밀하게 조절해야 합니다. 실제로 일본의 유명 액션 게임 스튜디오들도 이 과정을 전담하는 피직스 스페셜리스트를 따로 두고 있어요.
퍼즐 기반 인터랙션 게임
반면, 퍼즐 게임은 정확하고 안정적인 계산이 중요해요. 여기선 ‘반응’보다는 ‘예측 가능성’이 우선됩니다.
오브젝트 상호작용의 정확도
구슬을 굴리거나 블록을 쌓는 시스템이라면, 충돌 계산은 부드럽고 정확해야 하죠. 이럴 때는 FixedUpdate 주기와 실제 연산 간의 오차를 줄이기 위해 Sub-Stepping 기법(소수 시간 단위의 세분화된 시뮬레이션)을 도입합니다. 이는 Unity에서도 가능하지만, Unreal의 Chaos Physics에서는 더 세밀한 설정이 가능합니다.
중력 및 회전 처리 세밀도
퍼즐 요소에서 중력과 회전이 오브젝트의 상태를 결정짓는 경우, 기본 물리 엔진이 제공하는 Mass, Angular Drag 설정만으로는 부족합니다. 일부 개발자는 중력 가속도 자체를 스크립트로 직접 계산하고, 회전 보정을 Quaternion이 아닌 Custom Euler 기반으로 처리하기도 합니다. 이는 《GDC 2021: Precision Interaction in Physics Games》 발표 자료에서도 확인된 바 있습니다(GDC, 2021).
상용 엔진의 기본 한계
많은 개발자가 Unity나 Unreal의 기본 피직스를 그대로 쓰다가 큰 벽을 만납니다. 왜냐면 이 엔진들은 범용성을 목표로 만들어졌기 때문이에요. 당연히 특정 장르에 맞춘 정밀함은 희생될 수밖에 없죠.
유니티 엔진 예시
Unity는 사용하기 쉬운 만큼 기본 세팅은 다소 단순화돼 있어요. 특히나 Rigidbody 기반의 처리 구조는 한계가 명확합니다.
Rigidbody 기반 처리의 제약
Rigidbody는 내부적으로 FixedUpdate에서만 물리 연산을 수행합니다. 이 때문에 Frame마다 다른 업데이트 간격이 생기면, 속도 보정이나 외부 입력에 대한 반응이 느려지는 현상이 발생하죠. 그래서 다이나믹한 게임에선 보통 Kinematic Rigidbody로 전환하고, 움직임 자체는 커스텀으로 제어합니다.
FixedUpdate의 타이밍 문제
FixedUpdate는 기본적으로 0.02초(50fps) 주기로 동작합니다. 그러나 게임이 60fps 이상으로 돌아갈 경우, 물리와 렌더 사이에 오차가 생기고 이것이 곧 ‘튕김’이나 ‘밀림’으로 나타나죠. Unity에서는 이 문제를 해결하기 위해 Interpolation 옵션을 제공하지만, 근본적 해결은 Substep 구조 도입밖에 없습니다. Unity 공식 포럼에서도 이 문제는 자주 논의되고 있어요(Unity Forum, 2023).
언리얼 엔진 예시
Unreal은 Chaos Physics라는 고성능 시스템을 제공하지만, 그만큼 복잡하고 무겁습니다.
Chaos Physics 설정 유연성
Chaos는 Cloth, Ragdoll, Vehicle 등 다양한 물리 유형을 지원하고, 각각의 설정이 거의 시뮬레이터급입니다. 문제는 이것들이 Default로는 너무 디테일하게 동작한다는 거예요. 예를 들어 수백 개의 Rigid Body 파편이 동시에 날아가는 상황은 최적화 지옥을 부릅니다. 그래서 실제 게임에서는 반드시 Clustering, Level of Detail(LOD), Cull Distance 등을 함께 조정해야 합니다.
Predictive Simulation의 적용 한계
언리얼은 예측 기반 물리 연산을 지원하긴 하지만, 이건 클라이언트-서버 구조에서 큰 문제가 됩니다. 서버와 클라의 시뮬레이션 결과가 달라질 수 있으니까요. 이건 《Unreal Networked Physics: Reconciliation Strategies》라는 내부 문서에서도 제시된 바 있습니다(Epic Games, 2022). 따라서 PvP 게임에서는 물리 연산을 서버에서만 처리하고, 클라에는 보간(Interpolation)된 결과만 보내는 방식이 선호됩니다.
성능 최적화를 위한 구조적 접근
커스터마이징이 아무리 정교하더라도, 결국 게임은 돌아가야 하잖아요? 물리 시스템의 정밀함이 아무리 뛰어나도 성능을 잡지 못하면 그건 ‘예술 작품’일 뿐입니다. 특히 피직스 연산은 CPU 자원을 과도하게 잡아먹는 구조이기 때문에, 최적화 없이는 대규모 씬이나 모바일 환경에서 버티기 어렵습니다.
그래서 이번 파트에서는 물리 연산이 실제로 병목을 일으키는 구조를 어떻게 파악하고, 어떤 방식으로 개선할 수 있는지에 대해 구체적으로 짚어보겠습니다. 이건 단순한 ‘옵션 줄이기’ 수준의 이야기가 아닙니다. 구조를 근본적으로 들여다보는 다차원적 분석이 필요해요.
병목 구간의 식별
물리 엔진을 최적화하려면, 일단 “어디서 터지는지”를 정확히 알아야 합니다. 감으로 판단하면 안 되고, 데이터로 움직여야 해요.
프로파일링 도구 활용
이 시점에서 등장하는 무기가 바로 프로파일러입니다. Unity나 Unreal 모두 강력한 프로파일링 툴을 내장하고 있는데요, 이를 통해 연산 병목의 원인을 추적할 수 있습니다.
Unity Profiler 실전 예시
Unity Profiler를 켜면 CPU Usage 탭에서 Physics.Tick 항목을 확인할 수 있어요. 이 항목이 Frame Time의 30% 이상을 차지한다면, 물리 시스템이 병목의 주요 원인이라는 뜻입니다. 특히 FixedUpdate 주기 내에서 Collider 연산이 과도하게 발생하는지, Rigidbody.Sleep이 제대로 되고 있는지를 체크하는 게 핵심입니다.
Unreal Insights의 병목 탐지
Unreal에서는 ‘Insights’ 툴을 활용하면 Chaos Physics 내부의 연산 시간 분포를 확인할 수 있어요. 특히 Physics Substep과 Collision Detection의 밀도가 지나치게 높은 경우, 객체 수를 줄이거나 단계를 간소화해야 합니다. 참고로 《Chaos Physics Optimization Guide》(Epic, 2023)에서는 Rigid Body 수가 1,000개를 넘으면 반드시 GPU Acceleration 도입을 고려하라고 권장하고 있습니다.
FPS 저하 패턴 유형
물리 연산 병목은 특정 패턴으로 반복되는데, 그걸 빨리 캐치하는 게 중요해요. 반복되는 형태를 인식하고 대비하는 게 진짜 최적화예요.
피직스 스텝 과잉 문제
Fixed Timestep이 너무 작거나, 오브젝트 수가 많은데도 Global Solver Iteration 수치를 기본값으로 두는 경우 연산이 폭증하게 됩니다. 이건 특히 슬로우모션 효과를 구현할 때 자주 발생해요. 물리 연산이 프레임보다 더 자주 발생하면 GPU는 유휴 상태로 남게 되고, 전체 프레임이 뚝 떨어집니다.
다중 오브젝트 연산 중복
여러 Rigidbody가 동시에 충돌하거나, Hierarchy 구조가 얽혀 있는 상태에서 Force가 중첩되면 충돌 계산이 급증해요. 특히 OnTriggerStay나 Continuous Collision Detection을 남발하면 연산량이 폭발하죠. 그래서 실제 대형 게임 프로젝트에서는 충돌 그룹(Layer Mask)을 체계적으로 관리해주는 전용 관리 스크립트를 사용하는 경우가 많습니다.
계산 단위 최적화
병목을 찾았다면, 이제 계산 자체를 가볍게 만들어야겠죠. 수학적 접근, 캐싱, 연산 생략 등 다양한 방식이 존재합니다.
델타타임 보정 방식
델타타임은 프레임 간 시간 간격인데, 이게 불규칙하면 연산 결과가 튑니다. 특히 Force를 적용하거나, 움직임을 보간할 때 매우 중요하죠.
Time.deltaTime 스무딩
Unity에서는 Time.deltaTime이 갑자기 튀는 경우가 많아요. 이럴 땐 저수준에서 Moving Average 또는 Lerp 기반으로 스무딩 처리해주는 게 좋습니다. 《Unity Game Optimization (O’Reilly, 2020)》에 따르면 이 처리는 평균적으로 15% 이상의 움직임 일관성 향상 효과를 가져옵니다.
FixedDeltaTime 값 재설정
Unity의 FixedDeltaTime은 기본값이 0.02초지만, 게임 장르나 플랫폼에 따라 이 값을 조정해야 합니다. 예컨대 120fps를 목표로 한다면 0.008 정도로 낮추는 것이 적절하며, 이와 동시에 Max Allowed Timestep도 줄여야 프레임 드롭을 방지할 수 있습니다.
중력과 마찰력 간소화
중력, 마찰, 반발력 등은 사실 물리 시스템 전체에서 가장 많이 호출되는 연산 중 하나입니다. 이걸 어떻게 줄이느냐가 핵심이에요.
스태틱 vs 다이내믹 분리
움직이지 않는 오브젝트(Static Collider)는 절대로 Rigidbody를 붙이면 안 됩니다. 정지된 사물은 물리 계산 대상에서 제외시켜야 하죠. Unity에서는 IsKinematic 속성을 통해 이를 설정할 수 있으며, Unreal에서는 WorldStatic으로 설정하면 됩니다.
Material 값 캐싱 처리
Friction(마찰), Bounciness(반발력) 등의 물리 머티리얼은 매 연산마다 불러오면 CPU 캐시를 낭비하게 됩니다. 그래서 실제 실무에서는 자주 쓰는 머티리얼 조합을 Enum 기반으로 미리 정리하고, 연산 시 직접 참조하지 않고 ID 기반으로 매핑하는 방식을 씁니다. 이는 《Gamasutra Physics Optimization Report》(2021)에서도 성능 향상 기법으로 소개된 바 있어요.
결론
게임용 물리 엔진은 단순히 움직임을 계산하는 기술적 요소가 아니라, 플레이어가 느끼는 ‘손맛’과 게임의 몰입도, 더 나아가서 전체적인 게임 경험을 좌우하는 감각적 토대입니다. 그래서 그저 엔진이 제공하는 기능을 끌어다 쓰는 걸로는 부족하고, 각 장르와 목표에 맞게 섬세하게 커스터마이징하고 구조적으로 최적화하는 작업이 필수입니다.
특히 장르별 요구 특성에 따라 물리 시스템의 구현 방식은 크게 달라지며, 이를 무시하면 현실감은커녕 조작 자체가 괴상해질 수 있어요. 성능 최적화 역시 빼놓을 수 없는 요소인데, 어디서 연산이 터지는지를 정확히 파악하고, 구조적 개선을 병행하지 않으면 하드웨어 성능이 아무리 좋아도 프레임 드랍은 피할 수 없습니다.
결국, 가장 중요한 건 현실성과 게임성 사이에서 얼마나 균형을 잘 잡느냐입니다. 물리는 수학이지만, 게임의 재미는 감각이니까요. ‘정확한 시뮬레이션’이 아니라 ‘느껴지는 설득력’을 만들어내는 것, 그것이야말로 물리 엔진 커스터마이징의 진짜 목적이 아닐까요?
UE5 World Partition, LOD Streaming, HLOD 구성 전략 👆FAQ
물리 엔진 커스터마이징은 꼭 해야 하나요?
모든 게임에 필요한 건 아니지만, 플레이 감각이 중요한 액션, 퍼즐, 시뮬레이션 장르라면 거의 필수라고 봐야 합니다. 기본 설정만으로는 장르 특유의 감각을 제대로 구현하기 어렵기 때문이에요.
Unity와 Unreal 중 어떤 물리 엔진이 더 유리한가요?
Unity는 가볍고 빠른 구현에 강하고, Unreal은 물리 디테일과 커스터마이징에 더 유리합니다. 단순한 게임은 Unity, 고퀄리티 디테일이 필요한 게임은 Unreal이 적합하다는 의견이 많습니다.
커스터마이징 없이 성능 최적화만 해도 될까요?
둘은 별개가 아닙니다. 커스터마이징을 통해 불필요한 연산을 줄이고, 구조를 개선해야 진짜 성능 최적화가 가능해요. 최적화만으로는 본질적인 병목을 해결할 수 없습니다.
충돌 계산이 자꾸 느려지는 이유는 뭘까요?
충돌 레이어가 정리되지 않았거나, OnTriggerStay 같은 반복 이벤트가 너무 자주 호출되기 때문일 수 있어요. 또, 콜라이더의 수가 너무 많아도 병목이 생깁니다.
FixedUpdate 설정은 기본으로 둬도 괜찮은가요?
아니요. 기본값은 보편적인 상황에 맞춰진 것이지, 특정 게임 장르에는 과하거나 부족할 수 있어요. 게임의 fps 목표와 피직스 반응성을 고려해 재설정하는 것이 좋습니다.
물리 연산을 GPU로 넘길 수 있나요?
가능합니다. 특히 Unreal의 Chaos Physics는 일부 연산을 GPU 기반으로 처리할 수 있지만, 설정과 구조 최적화가 잘 되어 있어야 효과를 볼 수 있습니다.
퍼즐 게임에서 물리 오차를 줄이려면 어떻게 해야 하나요?
Sub-Stepping 기법이나 Fixed Timestep의 세밀한 조정이 중요합니다. 예측 가능한 연산이 핵심이기 때문에 시간 간격과 계산 순서를 통제하는 게 최우선이에요.
현실적인 물리를 구현하면 무조건 좋은 건가요?
그렇지 않습니다. 지나치게 사실적인 물리는 오히려 게임성을 해칠 수 있어요. 조작이 둔하거나 불편하게 느껴지면, 아무리 현실적이어도 유저는 떠납니다.
물리 최적화를 시작할 때 가장 먼저 해야 할 일은?
Profiler로 병목을 찾는 게 1순위입니다. 어디서 터지는지도 모르고 최적화를 시작하면 시간만 낭비돼요. 데이터를 기반으로 접근하는 게 정석입니다.
커스터마이징과 최적화를 동시에 하려면 어떻게 접근해야 하나요?
먼저 게임의 핵심 감각을 정의한 뒤, 필요한 물리 연산만 추려내고 나머지는 모두 비활성화하거나 간소화합니다. 이게 구조적 접근의 핵심이에요. 즉, ‘뭘 살릴지’부터 정해야 합니다.
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