비유클리드 공간 아키텍처: 뷰포트 포탈 워핑, 상대 속도 보존 및 무지연 통과

포탈(Portal), 안티챔버(Antichamber), 스플릿게이트(Splitgate) 같은 혁신적인 게임에서 비유클리드 포탈은 플레이어에게 경이로운 공간 경험을 선사합니다. 맵의 한쪽 벽에 열린 문 너머로 수 킬로미터 떨어진 완전히 다른 공간이 실시간 3D 창문처럼 보이고, 그 문을 통과하는 순간 화면 암전이나 로딩, 속도 끊김 없이 자연스럽게 이어진다면 환상적인 퍼즐과 전투가 가능해집니다.

그러나 로블록스에서 단순히 터치 감지로 캐릭터 CFrame을 바꾸는 주먹구구식 텔레포트는 극심한 카메라 튐, 운동량 소멸, 벽 끼임 현상을 유발합니다. 본 실전 가이드에서는 Luau 기반의 상용급 심리스 포탈 프레임워크를 구축합니다. 상대 CFrame 좌표 변환 행렬 도출, ViewportFrame과 EditableImage를 활용한 실시간 시점 렌더링, 입구에서 출구로의 순간 선속도 및 각속도 벡터 전이, 그리고 프레임 단위 무충돌 관통 기법을 다룹니다.

1. 단순 순간이동의 결함: 왜 일반 텔레포트는 공간감을 깨뜨리는가

로블록스의 기본 좌표 이동 방식은 연속적인 물리적 시각적 법칙을 위배합니다:

• 카메라 짐벌 튐: HumanoidRootPart의 CFrame을 강제로 덮어쓰면 카메라 각도가 순간적으로 회전하며 플레이어에게 심한 멀미와 방향 상실을 유발합니다.
• 운동량 벡터 붕괴: 천장에 거꾸로 붙은 출구 포탈로 들어갔을 때 원래의 수평 속도가 그대로 유지되어 물리 법칙을 정면으로 위배합니다.
• 통과 전 시각적 미리보기 불가: 검은색 단색 텍스처로 가려진 문으로 들어가는 것은 낡은 연출입니다. 유저들은 반대편 공간의 실시간 3D 시차를 기대합니다.
• 비유클리드 해법: 입구와 출구 포탈을 아핀 변환 행렬 쌍으로 묶어 시각 광선, 캐릭터 몸체, 물리적 운동량을 원자적으로 전이시킵니다.

2. 수학적 기반: 상대 CFrame 변환 행렬과 속도 전이 공식

포탈은 입구 A와 출구 B 사이의 좌표계를 180도 반전 연결하는 좌표 변환기입니다:

• 상대 좌표 변환: 월드 좌표 P의 입구 A 기준 로컬 좌표 P_rel = PortalA.CFrame:PointToObjectSpace(P). 출구 B로 전이된 좌표 P_out = PortalB.CFrame:PointToWorldSpace(Vector3.new(-P_rel.X, P_rel.Y, -P_rel.Z)).
• 가상 카메라 시점 행렬: 플레이어 카메라 CFrame C에 대해 출구 가상 카메라 C_virtual = PortalB.CFrame * CFrame.Angles(0, math.pi, 0) * PortalA.CFrame:Inverse() * C.
• 선속도(Velocity) 벡터 전이: 입구 속도 V에 대해 출구 속도 V_out = PortalB.CFrame:VectorToWorldSpace(-PortalA.CFrame:VectorToObjectSpace(V)). 운동량의 크기와 상대 방향이 완벽히 보존됩니다.
• 평면 통과 부호 거리(Signed Distance): 캐릭터 위치 C와 입구 포탈 법선 벡터의 내적 거리 d = (C - PortalA.Position):Dot(Normal). d가 양수에서 음수로 교차하는 순간 통과로 판정합니다.

3. Luau 심리스 포탈 엔진 구현체

RunService.RenderStepped에서 카메라 시점을 매 프레임 동기화하고 초고속 통과를 감지하는 고성능 Luau 스크립트입니다:

• 가상 카메라 시점 동기화: 플레이어 시선의 움직임에 맞춰 반대편 ViewportFrame 내부 카메라의 위치와 화각을 실시간 추적합니다.
• 부호 거리 교차 판정: 이전 프레임과 현재 프레임의 내적 거리를 비교하여 찰나의 순간에도 터널링 없이 정확히 통과를 포착합니다.
• 원자적 속도 및 카메라 인계: 캐릭터의 CFrame, 선속도, 카메라 각도를 단 1프레임 내에 동시 전이하여 시각적 이질감을 0으로 제거합니다.

--!strict
local RunService = game:GetService("RunService")
local Workspace = game:GetService("Workspace")
local Players = game:GetService("Players")

export type PortalPair = {
    PortalA: BasePart,
    PortalB: BasePart,
    Width: number,
    Height: number,
    ViewportA: ViewportFrame?,
    ViewportB: ViewportFrame?,
}

local PortalEngine = {}
PortalEngine.__index = PortalEngine

function PortalEngine.new(portalA: BasePart, portalB: BasePart, width: number, height: number)
    local self = setmetatable({}, PortalEngine)
    self.PortalA = portalA
    self.PortalB = portalB
    self.Width = width
    self.Height = height
    self.LastPositions = {} :: {[Model]: Vector3}
    return self
end

function PortalEngine:GetTransformedCFrame(inputCF: CFrame, fromPortal: BasePart, toPortal: BasePart): CFrame
    -- 출구 포탈 바깥쪽을 향하도록 Y축 기준 180도 회전 반전
    local relative = fromPortal.CFrame:ToObjectSpace(inputCF)
    local flipped = CFrame.Angles(0, math.pi, 0) * relative
    return toPortal.CFrame:ToWorldSpace(flipped)
end

function PortalEngine:GetTransformedVelocity(velocity: Vector3, fromPortal: BasePart, toPortal: BasePart): Vector3
    local localVel = fromPortal.CFrame:VectorToObjectSpace(velocity)
    -- 180도 반전 출구에 맞춰 X, Z 속도 반전
    local flippedVel = Vector3.new(-localVel.X, localVel.Y, -localVel.Z)
    return toPortal.CFrame:VectorToWorldSpace(flippedVel)
end

function PortalEngine:CheckCrossing(character: Model, fromPortal: BasePart, toPortal: BasePart)
    local root = character:FindFirstChild("HumanoidRootPart") :: BasePart?
    if not root then return end

    local currentPos = root.Position
    local prevPos = self.LastPositions[character] or currentPos
    self.LastPositions[character] = currentPos

    local portalCF = fromPortal.CFrame
    local normal = portalCF.LookVector

    local prevDist = (prevPos - portalCF.Position):Dot(normal)
    local currDist = (currentPos - portalCF.Position):Dot(normal)

    -- 전면(양수)에서 후면(음수)으로의 평면 교차 감지
    if prevDist > 0 and currDist <= 0 then
        -- 포탈 사각 개구부 영역 내부인지 검증
        local localPos = portalCF:PointToObjectSpace(currentPos)
        if math.abs(localPos.X) <= self.Width * 0.5 and math.abs(localPos.Y) <= self.Height * 0.5 then
            -- 위치, 속도, 카메라의 원자적 일괄 전이
            local newCF = self:GetTransformedCFrame(root.CFrame, fromPortal, toPortal)
            local newVel = self:GetTransformedVelocity(root.AssemblyLinearVelocity, fromPortal, toPortal)

            root.CFrame = newCF
            root.AssemblyLinearVelocity = newVel
            self.LastPositions[character] = newCF.Position

            local camera = Workspace.CurrentCamera
            if camera and character == Players.LocalPlayer.Character then
                camera.CFrame = self:GetTransformedCFrame(camera.CFrame, fromPortal, toPortal)
            end
        end
    end
end

return PortalEngine

4. 실시간 포탈 렌더링 파이프라인: ViewportFrame과 EditableImage

포탈 표면에 반대편 세계를 거울처럼 투영하는 고성능 렌더링 아키텍처입니다:

• ViewportFrame 시점 투영: 포탈 표면에 SurfaceGui를 부착하고, 반대편 공간의 가상 카메라를 동기화하여 실시간 시차(Parallax) 뷰를 렌더링합니다.
• 프록시 지오메트리 최적화: 뷰포트 내부에는 반경 60스터드 이내의 핵심 정적 메시와 적 플레이어 프록시만 복제하여 프레임 드랍을 원천 방지합니다.
• EditableImage 화면 복제: 최신 고사양 게임에서는 화면 버퍼를 EditableImage로 가져와 픽셀 셰이더를 통해 무한 재귀 포탈 반사를 구현합니다.
• 경사 근평면 클리핑(Oblique Clipping): 가상 카메라의 Near-Clip 평면을 출구 포탈 평면에 맞추어 출구 벽 뒤편의 불필요한 오브젝트가 투시되지 않도록 차단합니다.

5. 충돌체 인계, 공간 음향 래핑 및 상용 최적화

플레이어와 투사체가 포탈 모서리에 걸리지 않고 매끄럽게 통과하도록 만드는 엔지니어링 규칙입니다:

• 충돌 그룹 무충돌 처리: 포탈 개구부를 지날 때 캐릭터 몸체와 포탈 벽 사이의 충돌을 CollisionGroup을 통해 0.1초간 일시 해제하여 끼임 현상을 방지합니다.
• 서브 스터드 모서리 챔퍼링: 포탈 프레임 모서리에 빗면(Chamfer) 충돌체를 배치하여 대각선으로 진입해도 부드럽게 미끄러져 들어가도록 유도합니다.
• 3D 도플러 공간 음향 래핑: 출구 B 주변에서 발생하는 총성과 발소리를 입구 A 위치의 스피커로 전달하여 음향적 공간 연속성을 완성합니다.
• 투사체 궤적 꺾임: 유도 미사일이나 총알 레이캐스트가 포탈 평면에 닿으면 남은 비행 거리와 방향 벡터를 즉시 출구 좌표계로 굴절시킵니다.

Frequently Asked Questions