물리현상을 재현하는 물리엔진은 개발자들이 한번쯤은 개발해 보고 싶은 꿈이다. 이런 꿈을 후원하기 위해 넥슨코리아 옥찬호 개발자는 개인 프로젝트로 진행해온 유체역학 엔진개발 경험을 26일 넥슨 사옥에서 열린 ‘넥슨개발자컨퍼런스(NDC)’ 3일차 강연 ‘유체역학 엔진 개발기’ 세션으로 공유했다.

그는 화제의 애니메이션 ‘겨울왕국’을 보고 유체역한 엔진을 만들어 보고 싶다는 꿈을 가지게 됐다고 한다. 이를 위해 여러 가지 기반조사를 하는 결과 복잡한 수식을 이해하게 됐고, 여러 애니메이션과 게임을 보며 연구의 깊이를 더했다고 한다.

이렇게 구현된 엔진은 각종 채널을 통해 오픈소스로 공개돼 있으며, 지금은 초당 60프레임을 목표로 병렬처리 기술과 머신러닝을 접목하는 등 시행착오 중이라고 했다.

이 엔진 개발은 전 1차원 물결 시뮬레이션으로 시작됐다. 유체의 상태를 평면상에서 구현하기 위해 X와 Y좌표, 속도 값을 정하고 초당 프레임(FPS)에 따라 인터벌을 곱해 유체의 움직임을 구현했다. 또, 외부 변수인 충돌을 위한 함수와 시각정보로 보여주는 함수를 구현하고, 이를 제어함수(for)로 반복함으로서 유체의 평면상의 운동을 구현했다.

간단한 테스트 버전은 쉽게 만들어 졌다. 자신감을 얻은 그는 본격적인 유체역학 엔진 구현에 나섰지만 처음부터 난관에 부딪쳤다고 한다. 유체역학의 핵심, 나비에-스톡스 방정식조차 이해하기 어려웠기 때문이다.

그는 복잡해 보이는 방정식의 구성요소를 하나씩 이해한 뒤 불필요한 부분을 뺐다. 전산 유체에서 보통 비압축성 유체를 고려해 관련 부분을 제거하자 한결 이해하기 쉬웠다고 한다. 이를 바탕으로 유체역학의 입자-격자방식의 특징을 연구해 엔진의 설계를 마쳤다고 한다.

그가 개발한 유체역학 엔진은 프레임과 애니메이션을 합친 물리 애니메이션, 솔버(Solver)로 나뉜다. 이 중 유체의 움직임을 계산하는 곳은 솔버다. 이 솔버는 입자-격자방식에 유체의 움직임에 영향을 주는 중력, 풍력, 충돌처리, 항력 등을 변수로 전해 시뮬레이션 하는 식으로 핵심 기능을 구현했다고 소개했다.

힘겹게 개발한 유체역학 엔진의 가장 큰 문제는 처리속도였다. 유체가 움직이는 60프레임을 보여주는데 방식에 따라 2시간에서 2일정도의 연산이 필요했다. 이를 오픈소스 CPU 병렬 프로그래밍 기법을 적용해 해결했다고 소개했다.

그는 “유체역학 계산을 가속화하기 위해 딥러닝(CNN,GAN)을 활용하는 추세다”라며 “유체역학 엔진을 만들기는 쉽지 않다. 게임에서 실시간으로 유체역학을 사용하기엔 아직 무리지만 머신러닝을 활용하면 멀지않은 미래에 가능하지 않을까 기대한다”고 하며 강연을 마쳤다.

서삼광 기자  seosk@gamevu.co.kr

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