프로시저럴 애니메이션 구현

지금까지 우리는 미리 만들어진 애니메이션 시퀀스와 블렌드 스페이스, 애님 몽타주를 활용하여 캐릭터의 움직임을 제어하는 방법을 배웠습니다. 이들은 대부분 애니메이터가 수작업으로 제작한 키프레임 기반 애니메이션입니다. 하지만 모든 애니메이션을 미리 만들 수 없거나, 게임플레이 중 실시간으로 환경에 반응하는 듯한 자연스러운 움직임이 필요할 때가 있습니다. 이때 활용하는 것이 바로 프로시저럴 애니메이션(Procedural Animation) 입니다.

이번 절에서는 프로시저럴 애니메이션의 개념과 언리얼 엔진에서 이를 구현하는 기본적인 방법에 대해 알아보겠습니다.

프로시저럴 애니메이션이란 무엇인가?

프로시저럴 애니메이션(Procedural Animation) 은 미리 제작된 애니메이션 데이터 대신, 알고리즘이나 수학적 계산을 통해 런타임(게임 플레이 중)에 실시간으로 생성되는 애니메이션을 의미합니다. 이는 캐릭터의 뼈대(Bone)를 직접 제어하거나, 물리 시뮬레이션을 적용하여 동작을 만들어내는 방식입니다.

프로시저럴 애니메이션이 필요한 이유:

실시간 반응성: 캐릭터가 지형의 경사에 따라 발의 각도를 맞추거나, 사물과 충돌 시 팔다리가 자연스럽게 움직이는 등, 예측 불가능한 게임플레이 상황에 실시간으로 반응하는 애니메이션을 만들 수 있습니다.
다양성과 변화: 동일한 기본 애니메이션에 프로시저럴 요소를 추가하여 매번 조금씩 다른, 반복되지 않는 움직임을 생성할 수 있습니다. (예: 걷기 애니메이션에 미세한 흔들림 추가)
제작 효율성: 모든 세부 동작을 애니메이터가 만들 필요 없이, 일부 로직을 통해 자동으로 생성되므로 제작 비용을 절감할 수 있습니다.
현실감 증가: 물리 법칙을 따르는 듯한 자연스러운 움직임은 캐릭터의 현실감을 높여줍니다. (예: IK를 이용한 발 맞춤)

언리얼 엔진의 주요 프로시저럴 애니메이션 기법

언리얼 엔진의 애님 그래프에서는 다양한 프로시저럴 애니메이션 노드를 제공합니다. 가장 대표적인 것은 IK (Inverse Kinematics) 와 물리 기반 시뮬레이션입니다.

IK (Inverse Kinematics) - 역운동학

IK (Inverse Kinematics) 는 프로시저럴 애니메이션의 가장 흔하고 중요한 기법 중 하나입니다. 일반적으로 애니메이션은 '정운동학(Forward Kinematics, FK)' 방식으로, 부모 뼈대부터 자식 뼈대까지 순차적으로 회전을 주어 최종 포즈를 만듭니다. 반면, IK는 특정 자식 뼈대(예: 발, 손)의 최종 위치나 회전 값을 목표로 설정하면, 시스템이 자동으로 그 부모 뼈대들의 회전 값을 계산하여 목표에 도달하도록 하는 방식입니다.

활용 예시

발 IK (Foot IK): 경사진 지형을 걷거나 계단을 오를 때 캐릭터의 발이 땅에 딱 붙도록 자동으로 조절합니다.
손 IK: 캐릭터의 손이 문손잡이나 벽에 있는 스위치 등 특정 오브젝트에 정확하게 닿도록 합니다.
조준 IK: 총을 든 캐릭터가 조준 방향에 따라 손과 팔의 자세를 자연스럽게 변경합니다.

IK 구현의 기본 개념 (Foot IK 예시)

애님 그래프에 IK 노드 추가
- 애님 블루프린트의 애님 그래프 탭으로 이동합니다.
- 기존의 Output Pose (혹은 Slot 노드)와 Final Animation Pose 사이에 Two Bone IK 노드 또는 Fabrik 노드(더 유연한 IK 솔루션)를 추가합니다. Two Bone IK는 말 그대로 두 개의 뼈대에 대해 IK를 적용합니다. Fabrik은 더 많은 뼈대에 적용 가능합니다.
IK 노드 설정 (예: Two Bone IK for Foot IK)
- IK Bone: IK를 적용할 최종 자식 뼈대 (예: foot_l, foot_r)
- Effector Location: IK Bone이 목표로 할 월드 공간의 위치 (예: 발이 닿아야 할 지면의 위치)
- Joint Target Location: 중간 뼈대(무릎)가 꺾이는 방향을 결정하는 위치 (무릎이 바깥쪽으로 꺾이게 유도)
- Alpha: IK의 영향력 (0.0은 IK 적용 안 함, 1.0은 IK 100% 적용). 보통 캐릭터가 땅에 발이 닿을 때만 IK를 적용하므로 이 값을 동적으로 제어해야 합니다.
이벤트 그래프에서 IK 목표 위치 계산
- 이벤트 그래프 탭으로 이동합니다.
- Event Blueprint Update Animation에서 캐릭터의 발이 닿아야 할 지면의 위치를 계산합니다. 이는 주로 라인 트레이스(Line Trace) 를 사용하여 구현됩니다.
  - 캐릭터의 발 뼈대 위치에서 아래로 라인 트레이스를 쏘아 지면과의 교차점을 찾습니다.
  - 이 교차점의 Z값(높이)을 Effector Location으로 사용하고, 이 위치를 저장할 변수(예: IK_Foot_L_Location)를 애님 블루프린트에 추가합니다.
  - 발이 땅에 닿았는지 여부(라인 트레이스 히트 여부)를 기반으로 IK_Foot_L_Alpha와 같은 Float 변수를 0.0 ~ 1.0 사이로 업데이트합니다. 이 변수를 Two Bone IK 노드의 Alpha 핀에 연결합니다.
- 컴파일 및 저장합니다.

Physics Based Animation

언리얼 엔진의 피직스 에셋(Physics Asset) 은 캐릭터의 뼈대에 물리 시뮬레이션(Ragdoll Physics)을 적용할 수 있게 해줍니다. 이를 통해 캐릭터가 외부 충격에 의해 쓰러지거나, 팔다리가 중력에 따라 자연스럽게 늘어지는 등의 효과를 구현할 수 있습니다.

활용 예시

래그돌(Ragdoll) 효과: 캐릭터가 죽거나 큰 충격을 받았을 때, 애니메이션을 중단하고 물리 시뮬레이션으로 전환하여 자연스럽게 쓰러지도록 합니다.
부분 물리 시뮬레이션: 옷자락, 머리카락, 작은 장신구 등에만 물리 시뮬레이션을 적용하여 미세한 흔들림을 만듭니다. (PhysX Clothing, Cable Component 등)
Procedural Aiming (부분적인 IK와 Physics 혼합): 조준 시 어깨나 팔의 움직임에 미세한 물리적 관성을 추가하여 좀 더 현실적인 느낌을 줍니다.

피직스 에셋 기본 사용법 (래그돌 전환)

피직스 에셋 생성: 콘텐츠 브라우저에서 캐릭터의 스켈레톤을 우클릭 > 생성(Create) > 피직스 에셋(Physics Asset)을 선택하여 생성합니다. 피직스 에셋 에디터에서 각 뼈대에 콜리전 메시와 조인트 제한을 설정할 수 있습니다.
애님 블루프린트에서 물리 시뮬레이션 활성화
- 애님 그래프 탭으로 이동합니다.
- Final Animation Pose 바로 앞에 RigidBody 노드를 추가합니다.
- RigidBody 노드의 Physics Asset 핀에 여러분이 만든 피직스 에셋을 연결합니다.
- Blend in Time, Blend out Time 등을 설정하여 물리 시뮬레이션으로 전환될 때의 블렌딩 시간을 조절합니다.
- Simulate Physics 불리언 핀을 노출시켜 이벤트 그래프에서 제어할 수 있도록 합니다.
이벤트 그래프에서 물리 시뮬레이션 트리거
- 이벤트 그래프 탭으로 이동합니다.
- 캐릭터가 사망하거나 큰 충격을 받았을 때(예: Event AnyDamage 후 체력이 0이 되었을 때), Set Simulate Physics 노드를 사용하여 RigidBody 노드의 Simulate Physics 핀에 True 값을 연결합니다.
- 이렇게 하면 캐릭터가 물리적으로 쓰러지는 래그돌 상태로 전환됩니다.
- 컴파일 및 저장합니다.

프로시저럴 애니메이션의 장점과 한계

장점

높은 유연성: 게임플레이 상황에 따라 실시간으로 변화하는 애니메이션을 구현할 수 있습니다.
제작 비용 절감: 특정 유형의 애니메이션을 수작업으로 만들 필요가 줄어듭니다.
사실감 증대: 물리 법칙을 따르는 듯한 자연스러운 움직임은 캐릭터의 현실감을 높입니다.

한계

복잡한 구현: 수학적 계산과 물리 시뮬레이션에 대한 이해가 필요하며, 로직 구현이 까다로울 수 있습니다.
예측 불가능성: 물리 시뮬레이션은 때때로 의도치 않은 결과를 초래할 수 있어 세밀한 제어가 어려울 수 있습니다.
성능 부하: 복잡한 물리 시뮬레이션은 런타임 성능에 부담을 줄 수 있습니다.

따라서 프로시저럴 애니메이션은 기존 키프레임 애니메이션을 완전히 대체하기보다는, 키프레임 애니메이션의 부족한 부분을 보완하거나 특별한 효과를 구현하는 데 활용됩니다. (예: 기본 걷기 애니메이션에 Foot IK를 추가하여 지형에 발을 맞추는 등) 이 둘을 적절히 혼합하여 사용하는 것이 가장 효과적인 애니메이션 구현 전략입니다.

이번 절에서는 프로시저럴 애니메이션의 개념과 IK, 물리 시뮬레이션을 이용한 기본 구현 방법에 대해 알아보았습니다. 프로시저럴 애니메이션은 캐릭터에게 생동감과 반응성을 불어넣는 고급 기법입니다.

이로써 7장 '애니메이션 블루프린트'의 모든 내용을 마쳤습니다.