Procedural Destructible Mesh로 구현하는 실시간 건물 파괴 시스템

건물 파괴는 원본 건물을 매 프레임 잘라 내는 문제가 아니라 파괴 가능한 단위를 미리 준비하고 충돌 시 필요한 범위만 활성화하는 문제다. Unreal Engine 5에서는 Geometry Collection과 Chaos Destruction으로 큰 구조물의 균열·파편화를 처리하고 소규모 잔해는 Instanced Static Mesh와 Niagara GPU 파티클로 분리하면 실시간 성능과 시각 품질을 함께 관리할 수 있다.

Procedural Destructible Mesh란 무엇인가?

Procedural Destructible Mesh는 건물 메시를 파괴 가능한 조각으로 분할하고 충격 위치·힘·재질에 따라 조각의 물리 상태와 시각 효과를 전환하는 방식이다. 플레이 중 임의의 메시 토폴로지를 완전히 재생성하는 것보다 제작 단계에서 절단 데이터와 클러스터 구조를 준비한 뒤 런타임에는 제한된 파편만 깨우는 편이 일반적으로 안전하다.

실시간 건물 파괴 시스템은 보통 다음 네 계층으로 나뉜다.

계층	역할	Unreal Engine 5 예시
구조 계층	벽, 기둥, 바닥의 연결과 붕괴 전파	Geometry Collection 클러스터
물리 계층	충격량, 중력, 충돌, 수면 상태	Chaos Destruction
렌더링 계층	파편 메시, 먼지, 불꽃, 재질 변화	Nanite Static Mesh, Niagara
정리 계층	멀어진 파편의 비활성화와 제거	Sleep, Max Cluster Level, Cull Distance

왜 건물 파괴는 프레임 드롭을 일으키는가?

프레임 드롭의 주된 원인은 삼각형 수 자체보다 동시에 활성화된 물리 바디와 충돌 쌍의 급증이다. 건물 전체가 한 번에 조각나면 Chaos Solver는 각 조각의 강체 시뮬레이션, 접촉 판정, 제약 해제를 처리해야 한다.

충돌 충격의 간단한 기준은 충격량이다.

J = F \Delta t

여기서 $J$ 는 충격량, $F$ 는 충돌력, $\Delta t$ 는 힘이 작용한 시간이다. 실제 구현에서는 매 프레임 힘을 직접 비교하기보다 충돌 이벤트의 Impulse Magnitude와 Damage Threshold를 같은 단위 체계에서 조정하는 편이 안정적이다.

특히 아래 상황을 피해야 한다.

건물 전체 조각에 처음부터 Simulate Physics를 켠 경우
작은 파편까지 복잡한 Per-Poly Collision을 유지하는 경우
보이지 않는 실내 파편도 계속 렌더링·시뮬레이션하는 경우
파편마다 독립 Niagara System을 생성하는 경우

콘크리트 건물이 외벽과 기둥 단위 클러스터로 분할된 파괴 메시 구조

Unreal Engine 5에서 실시간 건물 파괴를 어떻게 구현할까?

1. 건물을 구조 파편과 장식 파편으로 나눈다

먼저 건물 전체를 하나의 Geometry Collection으로 만들지 않는다. 플레이어의 이동과 전투에 영향을 주는 외벽, 기둥, 바닥은 구조 파편으로 만들고 유리·벽돌·간판·석고 같은 작은 조각은 별도 VFX 또는 인스턴스 메시로 처리한다.

대상	권장 처리	이유
기둥, 보, 외벽	Geometry Collection	붕괴와 충돌이 게임플레이에 영향
창문 유리	Niagara Mesh Particle 또는 단순 파편	대량 물리 바디를 피할 수 있음
벽돌, 콘크리트 가루	Niagara GPU Sprite	화면 점유율 대비 비용이 낮음
큰 잔해 3~10개	Static Mesh + 제한된 Chaos 물리	엄폐물과 충돌 형태를 유지 가능
아주 작은 잔해	Decal 또는 일정 시간 후 제거	물리 시뮬레이션 가치가 낮음

2. Fracture를 계층적으로 만든다

Geometry Collection의 Fracture Mode에서 큰 클러스터를 먼저 만들고 필요한 부분만 더 작은 조각으로 나눈다. Voronoi Fracture만 균일하게 적용하면 자연스러운 파손보다 자갈처럼 보이기 쉽다. 건물에는 절단선이 있는 벽체와 반복 구조가 많으므로 Planar Cut, Radial Fracture, Cluster Group을 섞는 편이 좋다.

권장 시작점은 다음과 같다.

외벽 한 면을 2~6개의 큰 구조 조각으로 자른다.
충격이 예상되는 구역만 10~30개의 중간 조각으로 추가 분할한다.
카메라 가까이 보이는 면에만 작은 표면 파편을 배치한다.
내부나 원거리 면은 큰 조각을 유지한다.

Damage Threshold는 하위 클러스터일수록 낮게 설정한다. 예를 들어 외벽 최상위 클러스터를 5000, 중간 클러스터를 1500, 표면 조각을 300부터 테스트할 수 있다. 이 값은 실제 질량, 스케일, 폭발 세기에 따라 달라지므로 절대값으로 고정하면 안 된다.

// 파괴 이벤트를 한 지점에 제한하는 예시
void ADestructibleBuilding::ApplyExplosionDamage(
    const FVector& ImpactPoint,
    float Radius,
    float Strength)
{
    GeometryCollectionComponent->ApplyExternalStrain(
        ImpactPoint,
        Radius,
        Strength,
        1,
        true
    );
}

위 코드는 외부 변형을 충격 지점 주변에만 적용하는 형태다. 프로젝트의 Unreal Engine 버전에 따라 Chaos API 이름과 인자가 달라질 수 있으므로 사용 중인 엔진 버전의 UGeometryCollectionComponent 헤더를 기준으로 확인해야 한다.

3. 파괴 범위를 충격 반경으로 제한한다

폭발이나 투사체 충돌 시 건물 전체에 Damage를 전달하지 말고 충격점과 반경을 기준으로 활성화 범위를 정한다. 반경 밖 조각은 상위 클러스터에 남겨 두면 Solver 부담과 시각적 소음을 동시에 줄일 수 있다.

flowchart LR
    A[투사체 또는 폭발 충돌] --> B[Impact Point와 Impulse 계산]
    B --> C{파괴 반경 안인가?}
    C -- 예 --> D[Chaos Strain 적용]
    D --> E[Geometry Collection 클러스터 해제]
    E --> F[먼지·파편 Niagara 생성]
    C -- 아니오 --> G[기존 클러스터 유지]
    F --> H[Sleep 및 거리 기반 정리]

이 흐름에서 중요한 점은 물리 파괴와 시각 파편을 같은 개수로 만들지 않는 것이다. 실제로 물리 충돌이 필요한 큰 조각만 Chaos로 처리하고 나머지는 Niagara에서 표현한다.

폭발 지점 주변의 Geometry Collection만 분리되고 먼지와 작은 파편이 Niagara로 생성되는 장면

Procedural Destructible Mesh의 자연스러운 파괴 표현은 어떻게 만드는가?

재질별 파괴 규칙을 분리한다

콘크리트, 벽돌, 유리, 목재는 같은 Fracture 패턴과 VFX를 공유하면 어색해진다. 물리 수치와 시각 요소를 함께 바꿔야 한다.

재질	메시 파괴 형태	시각 효과	사운드 방향
콘크리트	큰 덩어리 + 날카로운 단면	회색 먼지, 미세 골재	무겁고 짧은 저역 충격
벽돌	반복 단위의 분리	붉은 분진, 작은 사각 파편	다수의 단단한 충돌음
유리	얇은 판 조각	굴절감 있는 반짝임	고역의 파열음
목재	결 방향을 따르는 길쭉한 조각	목분, 가벼운 가시 조각	갈라짐과 마찰음

재질 단면에는 원본 외벽과 다른 Interior Material을 할당한다. 콘크리트라면 절단면의 거친 골재, 벽돌이라면 붉은 속재료가 보여야 파괴가 단순 메시 삭제처럼 보이지 않는다.

먼지와 파편은 시간차를 둔다

폭발 순간에는 큰 먼지 구름이 먼저 보이고 그다음에 무거운 조각이 떨어지며 마지막으로 작은 가루가 가라앉는 흐름이 자연스럽다. Niagara에서는 하나의 거대한 이미터보다 목적이 다른 이미터를 최소 단위로 나누는 것이 좋다.

Burst Sprite: 충격 직후의 분진
GPU Mesh Particle: 짧게 튀는 작은 파편
Ribbon 또는 Sprite: 균열 틈의 연기와 잔류 먼지
Decal: 충격 자국과 파편 잔여물

먼지 파티클은 월드 좌표의 Particle Age와 Camera Distance에 따라 크기·알파를 줄이고 화면 밖에서는 빠르게 제거한다. 잔해의 설득력은 개수보다 충격점 주변의 밀도와 조명 반응에서 나온다.

실시간 파괴 시스템을 최적화하는 방법

물리 예산을 먼저 정한다

파괴 시스템에는 콘텐츠별 예산이 필요하다. 예를 들어 한 번의 폭발에서 활성화할 Chaos 조각을 30개 이하로 제한하고 작은 시각 파편은 100~300개 범위에서 플랫폼별로 조절한다. 정확한 수치는 프로젝트의 목표 프레임, CPU, 동시 전투 수에 맞춰 프로파일링으로 결정한다.

항목	PC·콘솔 시작 예산	최적화 방법
동시 활성 Chaos 조각	30~100개	큰 조각만 물리 처리
폭발당 GPU 파편	100~300개	거리별 Spawn Rate 감소
먼지 지속 시간	1.0~3.0초	화면 밖 Kill, LOD
잔해 유지 시간	3~10초	Sleep 후 Fade 또는 제거
충돌 유지 잔해	3~10개	게임플레이 관련 조각만 유지

Sleep과 제거 정책을 설계한다

파편이 멈춘 뒤에도 계속 Solver에 남아 있으면 누적 비용이 커진다. Chaos의 Sleep 상태를 활용하고 플레이어와의 거리 및 화면 노출 여부를 함께 사용해 정리한다.

속도와 각속도가 임계값 아래로 떨어지면 Sleep 상태로 전환한다.
플레이어와 충분히 멀고 화면에 보이지 않으면 충돌을 끈다.
게임플레이에 필요 없는 조각은 머티리얼 Fade 후 제거한다.
엄폐물로 남겨야 하는 큰 잔해만 Static Mesh 상태로 보존한다.

파편을 즉시 삭제하면 튀는 잔해가 갑자기 사라져 보인다. 보이지 않는 상태에서 제거하거나 먼지·디칼로 시선을 전환한 뒤 제거하는 방식이 자연스럽다.

자주 묻는 질문 (FAQ)

Nanite 메시도 Chaos 파괴에 바로 사용할 수 있나?

사용 중인 Unreal Engine 버전과 Geometry Collection 워크플로에 따라 제약이 달라진다. Nanite는 렌더링 비용을 줄이는 기능이며 파괴용 클러스터·충돌·물리 예산을 자동으로 해결하지는 않는다. 실제 타깃 플랫폼에서 Nanite Geometry Collection 지원 범위와 프로파일링 결과를 확인해야 한다.

런타임에 메시를 매번 Voronoi 절단해도 되나?

소규모 오브젝트나 제한된 실험에는 가능하지만 대형 건물을 여러 번 절단하는 방식은 CPU와 메모리 비용이 빠르게 커진다. 일반적인 전투용 건물은 사전 분할한 Geometry Collection을 쓰고 충격 위치에 따라 활성 클러스터만 달리하는 편이 안정적이다.

모든 파편에 충돌을 켜야 현실적으로 보이나?

아니다. 플레이어가 밟거나 막혀야 하는 큰 잔해에만 충돌을 유지하면 된다. 작은 파편은 Niagara Collision, Decal, 사운드로 충분히 설득력 있게 표현할 수 있다.

정리

Procedural Destructible Mesh 기반 건물 파괴의 핵심은 복잡한 런타임 절단이 아니라 계층형 파편 구조와 제한된 물리 활성화다. 구조물은 Chaos Geometry Collection으로 작은 파편과 먼지는 Niagara로 분리하고 충격 반경·Sleep·거리 기반 정리를 함께 적용하면 실시간 전투에서도 일관된 성능을 유지하기 쉽다.