Houdini 절차적 모델링으로 파괴 가능한 바위·절벽 메시 자동 생성하기: Voronoi 기반 파괴 파이프라인

핵심 요약

문제 정의: 수작업으로 바위나 절벽을 조각하고 파괴 파편(Fragments)을 일일이 분할하는 방식은 물리 충돌 정합성, 내부 단면 UV 매핑, LOD 관리에 막대한 작업 시간을 소모합니다.
해결 원리: SideFX Houdini의 VDB 기반 지형 침식(Erosion) 연산과 Voronoi/RBD Fracture 노드 네트워크, VEX를 결합하여 단일 베이스 메시로부터 고품질 외부 디테일과 자연스러운 내부 단면, 일관된 파편 ID(name, piece attribute)를 자동 생성합니다.
최종 결과물: 언리얼 엔진 5(Chaos Destruction/Nanite) 및 유니티에서 즉시 실시간 물리 시뮬레이션과 파괴 효과를 지원하는 고효율 파편화 에셋 파이프라인을 구축할 수 있습니다.

왜 파괴 가능한 바위를 수작업 대신 절차적(Procedural)으로 생성해야 하는가?

게임 배경 제작에서 바위와 절벽은 레벨의 실루엣과 경로를 정의하는 핵심 환경 요소입니다. 특히 포격, 물리 충격, 마법 공격 등으로 지형지물이 실시간 파괴되는 인터랙티브 환경을 구현할 때, 파괴 전 원형 메시와 파괴 후 생성되는 수십~수백 개의 파편 메시가 기하학적으로 완벽히 맞물려야(Seam-free) 시각적 결함이 발생하지 않습니다.

전통적인 DCC 툴(ZBrush, Maya 등)에서 아티스트가 조각하고 불리언(Boolean)으로 자르는 방식은 다음과 같은 치명적인 한계가 있습니다.

형상 수정의 비가역성: 절벽의 스케일이나 실루엣이 변경되면 파편 조각들을 처음부터 다시 스컬프팅해야 합니다.
내부 단면(Interior Surface)의 인위성: 단순 절단면은 평평하거나 불자연스러운 단면을 생성하여 암석 특유의 결(Strata)과 거친 질감을 살리기 어렵습니다.
물리 속성 수작업 태깅: 게임 엔진의 파괴 시스템(Unreal Chaos Destruction, Unity RayFire 등)에 필요한 질량(Mass), 피벗(Pivot), 인접성(Adjacency), 연결 구조(Clustering) 데이터를 수동 설정해야 하므로 생산성이 급격히 저하됩니다.

절차적 모델링(Procedural Modeling) 파이프라인을 도입하면 파라미터(시드값, 균열 밀도, 침식 강도) 조작만으로 무한한 변형 바위를 생산하고 파괴 전후 메시와 물리 메타데이터를 일괄 생성할 수 있습니다.

비교 항목	전통적 수작업 워크플로	Houdini 절차적 파괴 파이프라인
단일 에셋 제작 시간	수 시간 ~ 수일 소요	파라미터 조절로 수 초~수 분 내 생성
내부 단면 텍스처링	수동 UV 언랩 및 텍스처링	VEX 기반 Inside Group 분기 및 Triplanar/Auto UV
파편 간 밀착도(Tessellation)	불리언 오차로 인한 틈새(Gap) 발생 위험	Voronoi 기반 체적 분할로 완벽한 밀착 유지
엔진 물리 메타데이터	엔진 임포트 후 수동 클러스터링	`name`, `piece`, `density` 어트리뷰트 자동 주입
에셋 확장성	형태 변경 시 전면 재작업	HDA(Houdini Engine) 연동을 통한 엔진 내 실시간 생성

후디니 절차적 바위 생성 및 파괴 파편화 결과

절차적 바위 생성 및 파괴 파이프라인 전체 아키텍처

전체 프로세스는 크게 기본 실루엣 생성, VDB 기반 체적화 및 침식, 포인트 기반 파편 분할(Fracture), 내/외부 머티리얼 및 엔진 최적화의 4단계로 구성됩니다.

flowchart TD
    A["Base Mesh: Box/Sphere/Curve"] --> B["Mountain SOP & Volume Noise"]
    B --> C["VDB from Polygons"]
    C --> D["VDB Reshape / VDB Smooth (Erosion)"]
    D --> E["Convert VDB to Polygons (IsoOffset)"]
    E --> F["Points from Volume / Scatter"]
    F --> G["Voronoi Fracture / RBD Material Fracture"]
    G --> H["VEX: Attribute Setup (name, piece, UV)"]
    H --> I["Labs Auto UV & Mesh Optimization"]
    I --> J["FBX / USD Export (Unreal Chaos Ready)"]

단계별 구현 가이드: 후디니 노드 네트워크 구성

Step 1: Base Shape 생성 및 VDB 기반 지형 침식(Erosion) 디테일링

자연스러운 바위는 날카로운 모서리와 풍화로 마모된 부드러운 곡면이 공존해야 합니다. 단순 폴리곤 변형만으로는 자가 교차(Self-intersection)가 발생하기 쉬우므로 VDB 볼륨 변환을 거쳐 위상(Topology)을 재구성합니다.

기본형 정의: Box SOP 또는 저해상도 Sphere SOP를 배치한 후, Mountain SOP로 큰 덩어리의 불규칙한 실루엣을 생성합니다.
체적 변환: VDB from Polygons SOP를 연결하고 Voxel Size를 에셋 크기에 맞게 설정합니다(예: $0.02\text{m} \sim 0.05\text{m}$ ).
침식 및 풍화 연산: VDB Reshape SDF SOP를 Erode 모드로 설정하여 모서리를 깎아내고 VDB Smooth SDF SOP로 마모된 표면을 시뮬레이션합니다.
암석 결(Stratification) 노이즈 주입: Volume Wrangle SOP를 활용하여 높이 축(Y)에 따라 주기적인 터뷸런스 노이즈를 더해 단층선을 형성합니다.
폴리곤 복원: Convert VDB SOP를 사용해 Polygons로 변환합니다. 이때 Adaptivity 값을 $0.005$ 수준으로 주어 평탄한 면의 폴리곤을 지능적으로 줄입니다.

Step 2: 클러스터 기반 Voronoi Fracture 및 내부 균열 디테일 생성

바위가 부서질 때 모든 파편이 균일한 크기이면 시각적 현실감이 떨어집니다. 충격 중심부는 잘게 부서지고 외곽은 큰 덩어리로 유지되도록 파편 밀도를 제어해야 합니다.

파편 기준점 생성: Points from Volume SOP 또는 Scatter SOP를 사용하여 암석 내부에 포인트를 분산시킵니다.
포인트 밀도 바이어스: Bounding Box 또는 충돌 예상 지점(Impact Point)을 기준으로 거리 함수를 적용하여 중심부에 고밀도 포인트를 배치합니다.
Voronoi 분할: Voronoi Fracture SOP의 첫 번째 입력에 암석 메시를 두 번째 입력에 분산된 포인트를 연결합니다. Create Inside Surface Groups 옵션을 반드시 체크하여 inside 그룹을 분리합니다.
파편 클러스터링: 작은 파편들이 뭉쳐 자연스러운 암석 덩어리를 이루도록 RBD Cluster SOP를 적용합니다.

Voronoi 파편 생성 및 밀도 제어 노드 구성

Step 3: VEX를 활용한 파편 조각 식별자 및 콜리전 속성 세팅

게임 엔진에서 개별 파편을 독립된 물리 강체(Rigid Body)로 인식하려면 고유한 식별자 어트리뷰트(s@name 또는 i@piece)가 모든 프리미티브와 포인트에 정확히 부여되어야 합니다.

Primitive Wrangle SOP를 생성하고 다음 VEX 코드를 작성하여 조각별 고유 명칭과 질량 중심(Center of Mass) 기준 피벗을 계산합니다.

// Primitive Wrangle (Run Over: Primitives)
// Voronoi 분할 후 개별 조각에 고유 name 및 물리 시뮬레이션용 속성 부여

int piece_num = @class;
string base_prefix = chs("asset_prefix"); // 파라미터에서 에셋 이름 접두사 로드

s@name = sprintf("%s_piece_%03d", base_prefix, piece_num);
s@piece = s@name;

// 내부 면과 외부 면의 머티리얼 ID 분기
if (inprimgroup(0, "inside", @primnum)) {
    i@material_id = 1; // 거친 단면 셰이더용 ID
} else {
    i@material_id = 0; // 풍화된 외부 표면 셰이더용 ID
}

Step 4: 내부 단면 노이즈 변위 및 Normal 재계산

Voronoi Fracture가 만든 내부 면은 완벽한 평면(Flat Plane)이므로 실제 바위가 쪼개졌을 때의 쪼개짐 면(Cleavage Plane) 느낌을 주기 위해 미세 변위를 가해야 합니다.

P_{\text{displaced}} = P + \vec{N} \cdot \text{CurlNoise}(P \cdot \text{freq}) \cdot \text{amp}

Point Wrangle SOP에서 내부 그룹에 속한 버텍스에만 절차적 노이즈를 적용합니다.

// Point Wrangle (Run Over: Points)
// 내부 단면(inside group)에만 암석 파쇄 질감 노이즈 적용

if (inpointgroup(0, "inside", @ptnum)) {
    float freq = chf("noise_frequency");
    float amp = chf("noise_amplitude");
    
    // 3차원 Perlin 노이즈 기반 변위 계산
    vector noise_val = anoise(@P * freq);
    
    // 법선 방향으로만 변위 적용하여 부피 붕괴 방지
    @P += @N * (noise_val.x - 0.5) * amp;
}

노이즈 적용 후에는 변형된 기하구조에 맞추어 Normal SOP를 연결해 Vertex Normals를 부드럽게 재계산합니다(Cusp Angle: 60도 설정).

게임 엔진(Unreal Engine 5 / Unity) 파이프라인 연동 및 최적화

생성된 절차적 파괴 에셋을 실시간 게임 엔진에 적용할 때는 드로우 콜과 셰이더 비용을 극적으로 낮추는 패킹 및 LOD 전략이 필요합니다.

flowchart LR
    subgraph Houdini_Export["Houdini Export"]
        A1["Fractured Pieces"] --> A2["Labs Auto UV / Packing"]
        A2 --> A3["Attribute Transfer: name, piece, mat_id"]
    end
    subgraph UE5_Import["Unreal Engine 5 Engine Pipeline"]
        A3 --> B1["Static Mesh / Geometry Collection"]
        B1 --> B2["Chaos Destruction Solver"]
        B1 --> B3["Nanite Enabled Geometry"]
    end
    Houdini_Export --> UE5_Import

1. UV 및 아틀라스 패킹 (SideFX Labs Tools)

Labs Auto UV SOP를 활용하여 외부 표면(outside)과 내부 표면(inside)의 UV 아일랜드를 단일 텍스처 세트에 효율적으로 패킹합니다.
내부 단면은 고유 텍스처 대신 Triplanar Projection 기반의 월드 공간 디테일 머티리얼을 할당하도록 Material Element ID를 분리합니다.

2. 언리얼 엔진 5 Chaos Destruction 연계

Houdini에서 출력된 FBX를 언리얼 엔진으로 임포트한 뒤 우클릭 메뉴에서 Create Geometry Collection을 실행합니다.
Houdini의 name 어트리뷰트가 임포트 시 계층 구조(Hierarchy)로 보존되어 엔진 내부에서 별도의 Fracture 연산 없이 즉시 물리 클러스터 트리(Level 0: 통 바위, Level 1: 대형 파편, Level 2: 소형 조각)로 매핑됩니다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

Q1. Voronoi Fracture 적용 후 내부 면(Inside Surface)의 UV가 심하게 왜곡되거나 늘어집니다. 어떻게 해결하나요?

Voronoi 분할로 새로 생성된 내부 면은 기존 UV 좌표가 존재하지 않거나 투영 축이 어긋나기 쉽습니다. Labs Auto UV SOP를 네트워크 끝단에 배치하여 전체를 재계산하거나 셰이더 단계에서 World Aligned Texture(Triplanar Mapping)를 사용하는 것이 가장 표준적입니다. Triplanar 방식을 채택하면 UV 심(Seam) 연산 비용을 절약하고 파편화 시 즉각적으로 완벽한 암석 내부 단면 텍스처를 렌더링할 수 있습니다.

Q2. 파괴 파편 조각이 많아지면 실시간 물리 연산 부하가 급증하는데 최적화 기준이 무엇인가요?

파편 개수는 게임 플레이의 가시 범위와 중요도에 따라 단계별로 제어해야 합니다. 일반적인 AAA 환경 기준 단일 바위당 물리 파편은 15~30개 수준으로 제한하고 그 이하의 자잘한 부스러기는 물리 메시 대신 Niagara/VFX 파티클(GPU Sprite/Mesh Particle)로 스폰하여 전환하는 것이 정석입니다. 또한 엔진에서 파편이 정지(Sleep) 상태에 들어가면 즉시 Kinematic 또는 Static 상태로 전환하고 일정 시간 후 서서히 지면 아래로 가라앉히거나 컬링(Despawn) 처리해야 합니다.

Q3. HDA(Houdini Digital Asset)로 패키징할 때 레벨 디자이너에게 노출해야 할 핵심 파라미터는 무엇인가요?

아티스트와 레벨 디자이너가 엔진 뷰포트에서 즉각 조작할 수 있도록 다음 4가지 핵심 파라미터를 노출하는 것을 권장합니다.

Global Random Seed: 바위 외형 및 균열 패턴의 무작위 변형
Fracture Density (Piece Count): 생성될 파편 조각의 총 개수
Erosion Intensity: 바위의 깎임 정도 및 풍화 수준
Noise Detail Scale: 표면 및 내부 단면의 거칠기 스케일

테크니컬 아티스트를 위한 마무리 제언

절차적 파괴 메시 파이프라인의 핵심은 단순히 모델링 자동화에 그치지 않고 지오메트리 위상 구조와 게임 엔진 물리 시스템 간의 완전한 데이터 호환을 달성하는 데 있습니다. Houdini의 VDB와 Voronoi, VEX 기반 속성 파이프라인을 체계화해 두면 바위뿐 아니라 기둥, 석탑, 얼음 결정 등 다양한 환경 파괴 에셋으로 손쉽게 확장할 수 있습니다.