3차원 게임을 위한 물리엔진의 구현 및 성능분석 = (An) Imsplementation and performance analysis of physics engine for 3D game

국문 초록 (Abstract)

3차원입체 게임콘텐츠의 제작을 위해서는 3차원입체 게임의 렌더링, 지형구조 처리, 캐릭터 애니메이션, 사운드 및 오디오 지원, 비디오카드의 제어, 사용자 게임 이벤트처리, 이미지 프로세싱 연산 등의 기능들을 지원하고 처리하는 3차원입체 게임엔진이 필요하다. 현재 국내외에서 다양한 3차원입체 게임엔진들이 개발되었거나 개발 중이며 이 엔진들은 게임 콘텐츠의 모델링과 3차원 그래픽 파이프라인 중심의 렌더링 엔진을 기반으로 하고 있는데, 렌더링 엔진만으로는 실세계에서의 다양한 콘텐츠들을 게임 상에 표현하기엔 한계가 있다.
실제 게임 콘텐츠 내부의 캐릭터 혹은 오브젝트의 움직임과 표현이 현실세계에 비해 과장되거나 왜곡되는 것은 게임 콘텐츠의 질적인 부분을 저하시킬 우려가 있기 때문에 조금 더 사실적이고 구체적이며 현실적인 방법과 지원이 필요하다. 이런 문제점들에 대한 대안으로 3차원입체 게임엔진을 지원하는 물리엔진의 개발을 통하여 고성능의 퍼포먼스와 연산 데이터의 오차율이 낮은 역학모듈을 내장, 3차원입체 게임 개발자들에게 양질의 3차원입체 게임 콘텐츠의 제작 용이성을 제공하고, 게임 이용자들이 다양한 콘텐츠로 구성된 실감형 게임콘텐츠를 즐길 수 있도록 할 수 있다. 이러한 물리엔진은 3차원입체 게임엔진을 이은 또 다른 게임 개발 기술의 주요요소로 부각되고 있으며, 이를 다른 나라로부터 구입하여 이용할 경우 막대한 라이선스 비용의 지급이 필요하고 향후 3차원입체 게임 시장에서 더욱 막대한 외화의 손실이 초래될 것이 확실하다. 현재 물리엔진에 대한 상용화는 해외의 HAVOK 엔진이 대표적이나 적용사례가 거의 전무하며 국내에서는 연구조차 제대로 되고 있지 않은 상황에서, 물리 엔진에 관련된 개발 및 기술 습득은 게임 기술 분야에 있어서 국제적인 경쟁력을 갖추는데 절실히 필요하다.
본 논문에서는 3차원 게임 컨텐츠에 현실세계에서 적용되는 물리 역학 현상 등을 표현하기 위한 물리엔진의 구현 및 성능 분석에 대하여 기술한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

To create 3D game contents, we need 3D game engine that support and process rendering, geometry data processing, character animation, sound and audio support, video card control, user game event handle, image processing operation and etc. At present, various 3D game was created or is creating now at home and abroad, and these engines are based on rendering engine that focused on modeling of game contents and 3D graphic pipeline. But rendering engine has limits that shows various contents about real life to game screen.
Because exaggerating and distorting of motion and expression of game contents than the real world can deteriorate qualitative part of game contents, we need realistic and specific method and support. By alternative about these problems, through development of physics engine that support 3D game engine and has dynamics module which has performance of high efficiency and low error rate of arithmetic data, we can do it so that game users may enjoy actual feeling style game contents that is consisted of various contents. These physics engine is now embossing on main constituent of an another game development technology and we need payment of huge license expense in case of causing from other country, and it is certain that damage of huger foreign money is caused in 3d game market hereafter. Commercialization of physics engine is representative overseas HAVOK engine. But, applicatied example is almost lacking and is not even studied in domestic. So, development and learning technology about physics engine is urgently needed to possess international competitive power in game technology field.
In this paper, we describe an implementation and performance analysis of physics engine for 3D game to express physics dynamics phenomenon back applied in the real world in 3D game contents.

목차 (Table of Contents)

• 목차
• 국문요약 = ⅰ
• 1. 서론 = 1
• 2. 관련 연구 = 2
• 2.1. 물리 엔진 = 2
• 2.1.1. 게임엔진에 적용되는 물리학 = 2
• 2.1.2. 물리 엔진관련 기술 동향 = 3
• 2.1.3. 물리엔진의 기술적 특징 = 3
• 2.1.4. 물리엔진의 응용분야 = 4
• 2.2. 물리엔진의 기술 개요 = 4
• 2.2.1. 이동 = 4
• 2.2.2. 충둘반응 = 5
• 2.2.3. 동력을 가진 이동체의 움직임 = 5
• 2.2.4. 변형체의 움직임 = 6
• 3. 물리엔진의 구현 = 6
• 3.1. 게임 엔진의 구성 = 6
• 3.2. 물리 엔진 시스템의 개요 = 9
• 3.3. DS (Data Structure) = 10
• 3.3.1. BDS (Basic Data Structure) = 11
• 3.3.2. Objects = 11
• 3.3.3. IDGroup = 26
• 3.4. SF (Support Funftions) = 27
• 3.4.1. Rotaion Functions = 28
• 3.4.2. Mass Functions = 30
• 3.4.3. Math Functions = 31
• 3.5. Collision = 36
• 3.5.1. Collision Concepts = 36
• 3.5.2. Collision Data Structures = 38
• 4. 성능분석 = 39
• 4.1. 환경 설정 = 40
• 4.2. 성능 분석 결과 = 40
• 4.2.1. 장애물이 있는 시뮬레이션 = 41
• 4.2.2. 장애물이 없는 시뮬레이션 = 42
• 5. 결론 = 43
• 6. 참고문헌 = 45
• 7. 부록 = 46
• 7.1. CFM과 ERP = 46
• 7.1.1. Contact 조인트 = 46
• 7.1.2. Ball 조인트 = 49
• ABSTRACT = 53