2-2. Physics Constraint | UE5 Physics Deep Dive

01

Physics Constraint 개요

두 물리 바디를 연결하는 구속 조건

UPhysicsConstraintComponent는 두 개의 물리 바디를 연결하여 상대적 움직임을 제한하는 컴포넌트입니다. 경첩(Hinge), 볼 조인트(Ball Joint), 프리즘(Prismatic) 등 다양한 조인트 유형을 구현할 수 있습니다.

자유도(DOF)	Linear (X/Y/Z)	Angular (Swing1/Swing2/Twist)	조인트 유형
고정 (Fixed)	모두 Locked	모두 Locked	용접, 고정 연결
경첩 (Hinge)	모두 Locked	Twist만 Limited/Free	문, 뚜껑
볼 (Ball Socket)	모두 Locked	Swing Free, Twist Limited	관절, 체인
프리즘 (Prismatic)	1축만 Limited	모두 Locked	슬라이더, 피스톤
자유 (Free)	모두 Free	모두 Free	제약 없음 (스프링만)

C++ - Physics Constraint 기본 설정
// 경첩 조인트 생성 예제
UPhysicsConstraintComponent* HingeConstraint;

HingeConstraint = CreateDefaultSubobject<UPhysicsConstraintComponent>("HingeConstraint");
HingeConstraint->SetupAttachment(RootComponent);

// 연결할 두 컴포넌트 지정
HingeConstraint->ComponentName1.ComponentName = "FrameMesh";
HingeConstraint->ComponentName2.ComponentName = "DoorMesh";

// Linear: 모두 잠금
HingeConstraint->SetLinearXLimit(ELinearConstraintMotion::LCM_Locked, 0);
HingeConstraint->SetLinearYLimit(ELinearConstraintMotion::LCM_Locked, 0);
HingeConstraint->SetLinearZLimit(ELinearConstraintMotion::LCM_Locked, 0);

// Angular: Twist만 제한 범위 설정 (경첩)
HingeConstraint->SetAngularSwing1Limit(EAngularConstraintMotion::ACM_Locked, 0);
HingeConstraint->SetAngularSwing2Limit(EAngularConstraintMotion::ACM_Locked, 0);
HingeConstraint->SetAngularTwistLimit(EAngularConstraintMotion::ACM_Limited, 90.0f);

02

Motor와 Drive

능동적으로 움직이는 Constraint

Constraint에 Motor(Drive)를 설정하면 수동적 제약을 넘어 능동적으로 목표 위치/속도를 추적하는 조인트를 만들 수 있습니다. 로봇 팔, 자동문, 물리 기반 애니메이션 등에 활용됩니다.

C++ - Angular Motor 설정
// 자동 닫히는 문 (Angular Motor)
void APhysicsDoor::SetupDoorMotor()
{
    // Angular Drive 활성화
    Constraint->SetAngularDriveMode(EAngularDriveMode::TwistAndSwing);

    // Twist Drive 파라미터
    Constraint->SetAngularDriveParams(
        500.0f,   // Spring (강도) - 높을수록 빨리 복원
        50.0f,    // Damping (감쇠) - 높을수록 진동 감소
        0.0f      // MaxForce (0 = 무한)
    );

    // 목표 회전 설정 (닫힌 상태 = 0도)
    Constraint->SetAngularOrientationTarget(FRotator::ZeroRotator);
}

// 문 열기 (목표 회전 변경)
void APhysicsDoor::OpenDoor()
{
    Constraint->SetAngularOrientationTarget(FRotator(0, 90, 0));
}

// Linear Motor 예제 (엘리베이터)
void AElevator::SetupLinearMotor()
{
    Constraint->SetLinearPositionDrive(false, false, true); // Z축만
    Constraint->SetLinearDriveParams(
        10000.0f,  // Spring
        1000.0f,   // Damping
        0.0f       // MaxForce
    );

    // 목표 위치 설정
    Constraint->SetLinearPositionTarget(FVector(0, 0, 500.0f));
}

Drive 파라미터	효과	높은 값	낮은 값
Spring	목표를 추적하는 강도	빠르고 강한 복원	느리고 부드러운 복원
Damping	진동 억제	진동 없이 도달	목표 근처에서 진동
MaxForce	최대 힘 제한 (0=무한)	제한 없음	외력에 의해 목표 이탈 가능

03

파괴 가능 Constraint

일정 힘 이상에서 끊어지는 연결

Constraint의 Breakable 옵션을 활성화하면 특정 힘이 가해졌을 때 연결이 끊어집니다. 체인, 로프, 부서지는 구조물 등에 활용됩니다.

C++ - 파괴 가능 Constraint
void ABreakableChain::SetupBreakableConstraint()
{
    // 파괴 임계값 설정
    Constraint->ConstraintInstance.ProfileInstance.bLinearBreakable = true;
    Constraint->ConstraintInstance.ProfileInstance.LinearBreakThreshold = 5000.0f;

    Constraint->ConstraintInstance.ProfileInstance.bAngularBreakable = true;
    Constraint->ConstraintInstance.ProfileInstance.AngularBreakThreshold = 3000.0f;

    // 파괴 이벤트 바인딩
    Constraint->OnConstraintBroken.AddDynamic(
        this, &ABreakableChain::OnChainBroken
    );
}

void ABreakableChain::OnChainBroken(int32 ConstraintIndex)
{
    UE_LOG(LogTemp, Warning, TEXT("Constraint %d broken!"), ConstraintIndex);
    // 파괴 이펙트 스폰, 사운드 재생 등
}

Breakable Threshold 튜닝

LinearBreakThreshold의 단위는 kg*cm/s^2(뉴턴이 아님)입니다. 적절한 값을 찾으려면 p.Chaos.Solver.Joint.DebugDrawSettings 1 콘솔 명령으로 디버그 정보를 확인하면서 조절하세요.

04

런타임 Constraint 생성

C++에서 동적으로 물리 연결 만들기

C++ - 런타임에서 Constraint 동적 생성
void AGrappleHook::AttachToSurface(FHitResult& Hit)
{
    // 런타임에 Constraint 컴포넌트 생성
    UPhysicsConstraintComponent* NewConstraint =
        NewObject<UPhysicsConstraintComponent>(this);
    NewConstraint->RegisterComponent();
    NewConstraint->AttachToComponent(
        RootComponent,
        FAttachmentTransformRules::KeepWorldTransform
    );

    // 위치 설정
    NewConstraint->SetWorldLocation(Hit.ImpactPoint);

    // Linear: Z축 제한 거리 내에서 자유 이동 (로프 길이)
    NewConstraint->SetLinearXLimit(ELinearConstraintMotion::LCM_Limited, 500.0f);
    NewConstraint->SetLinearYLimit(ELinearConstraintMotion::LCM_Limited, 500.0f);
    NewConstraint->SetLinearZLimit(ELinearConstraintMotion::LCM_Limited, 500.0f);

    // Angular: 자유 회전
    NewConstraint->SetAngularSwing1Limit(EAngularConstraintMotion::ACM_Free, 0);
    NewConstraint->SetAngularSwing2Limit(EAngularConstraintMotion::ACM_Free, 0);
    NewConstraint->SetAngularTwistLimit(EAngularConstraintMotion::ACM_Free, 0);

    // 두 바디 연결
    NewConstraint->SetConstrainedComponents(
        PlayerMesh, NAME_None,
        Hit.GetComponent(), Hit.BoneName
    );

    ActiveConstraint = NewConstraint;
}

SUMMARY

핵심 요약

UPhysicsConstraintComponent로 두 물리 바디를 다양한 방식(Fixed, Hinge, Ball, Prismatic)으로 연결합니다.
Linear/Angular Limit의 Locked/Limited/Free 조합으로 원하는 조인트 유형을 구현합니다.
Motor(Drive)로 Spring/Damping 기반의 능동적 목표 추적이 가능합니다.
Breakable Constraint로 일정 힘 이상에서 끊어지는 파괴 가능한 연결을 만들 수 있습니다.
SetConstrainedComponents()로 런타임에 동적으로 Constraint를 생성하고 연결할 수 있습니다.

PRACTICE

도전 과제

배운 내용을 직접 실습해보세요

실습 1: 기본 Constraint 제작

Physics Constraint Actor를 사용하여 두 물리 객체를 Hinge Joint로 연결하세요. Angular Limit를 설정하여 문(Door)처럼 동작하는 오브젝트를 만들고, Angular Motor로 자동 닫히는 문을 구현하세요.

실습 2: 체인/로프 시뮬레이션

10개의 물리 박스를 Physics Constraint로 체인처럼 연결하세요. 각 Constraint의 Linear/Angular Limit과 Damping을 조정하고, 특정 힘 이상에서 끊어지는 Break Force를 설정하세요.

심화 과제: 파괴 가능한 구조물 시스템

C++로 벽돌벽을 Physics Constraint로 연결된 그리드 구조로 제작하세요. 각 Constraint에 Break Threshold를 설정하고, Impulse에 의한 연쇄 파괴 시스템을 구현하세요.