제일브레이크(Jailbreak), 드라이빙 엠파이어(Driving Empire), 드라이브 월드(Drive World) 등 로블록스의 인기 레이싱 및 오픈월드 게임에서 차량 물리 완성도는 유저 리텐션을 결정짓는 핵심 요소입니다. 하지만 CylindricalConstraint와 실제 물리 파트 바퀴에 의존하는 기본 로블록스 물리 조립체는 고속 주행 시 바퀴가 지형을 뚫고 지나가는 터널링 현상, 물리 솔버의 미세 떨림(jitter), 예측 불가능한 타이어 마찰 등 치명적인 문제를 일으킵니다.
로블록스 최상위 스튜디오들은 이러한 한계를 극복하기 위해 '레이캐스트 서스펜션(Raycast Suspension)' 방식을 사용합니다. 본 가이드에서는 Luau를 활용해 4륜 레이캐스트 차량 섀시를 직접 구축합니다. 점성 댐핑이 적용된 훅의 법칙(Hooke's Law) 유도, 횡방향 타이어 마찰력 연산, 안티롤 스웨이 바(Sway Bar) 롤오버 방지 시스템, 클라이언트 휠 시각 보간 구조를 체계적으로 다룹니다.
1. 물리 바퀴 제약의 한계: 왜 레이캐스트 서스펜션인가?
로블록스 물리 엔진(PGS Solver)의 실제 원통 바퀴는 고속 주행 시 다음과 같은 실시간 시뮬레이션 한계를 드러냅니다:
- 고속 지형 터널링: 120 studs/s 이상의 속도에서 물리 바퀴는 얇은 지형 복셀이나 메쉬파트를 충돌 없이 관통해 차체가 바닥에 끼입니다.
- 물리 솔버 슬립/웨이크 쓰래싱: 4개의 회전하는 물리 바퀴는 지속적인 다체 제약 연산을 유발하여 모바일 저사양 기기에서 급격한 프레임 드랍을 일으킵니다.
- 불안정한 마찰 전이: CustomPhysicalProperties의 마찰은 정지 마찰과 운동 마찰 사이에서 급격히 끊어져 매끄러운 드리프트 제어가 불가능합니다.
- 레이캐스트 휠 패러다임: 레이캐스트 차량의 바퀴는 순수 시각 메쉬입니다. 섀시 모서리에서 아래로 발사되는 4개의 레이캐스트가 서스펜션 이동과 지면 접촉을 계산하여 차체에 직접 상향력을 가합니다.
2. 수학적 기초: 스프링-댐퍼 시스템과 훅의 법칙
각 서스펜션 코너는 감쇠 조화 진동자(Damped Harmonic Oscillator)로 모델링됩니다. 서스펜션 축을 따라 작용하는 순 수직 항력은 훅의 법칙과 점성 감쇠력의 결합으로 계산됩니다:
- 스프링 압축량(Compression): x = L_rest - L_ray (L_rest는 기본 서스펜션 길이, L_ray는 측정된 레이캐스트 거리).
- 압축 속도(Compression Velocity): v_rel = (x_current - x_previous) / dt (서스펜션이 압축되거나 반발하는 속도).
- 스프링 반발력: F_spring = k * x (k는 스프링 강성 상수, N/stud 단위).
- 댐퍼 감쇠력: F_damper = c * v_rel (c는 반발 진동을 소멸시키는 댐핑 계수).
- 순 서스펜션 수직력: F_susp = math.clamp(F_spring + F_damper, 0, maxForce) * contactNormal.
3. 프로덕션 등급 레이캐스트 차량 컨트롤러 Luau 구현
다음은 RunService.Heartbeat에서 실행되는 모듈형 4륜 레이캐스트 서스펜션 컨트롤러 전체 코드입니다:
- ApplyImpulseAtPosition 물리 전달: 차체의 서스펜션 부착 지점에 직접 상향 충격량과 횡방향 타이어 마찰력을 전달합니다.
- 타이어 속도 벡터 분해: 접촉점 속도를 전진(종방향) 및 측면(횡방향) 성분으로 분해하여 슬립 각도와 그립력을 계산합니다.
- 지형 머티리얼 적응: 아스팔트, 잔디, 모래, 진흙 등 접촉면 재질에 따라 타이어 마찰 계수를 실시간으로 동적 조절합니다.
--!strict
local RunService = game:GetService("RunService")
local Workspace = game:GetService("Workspace")
local VehicleSuspension = {}
VehicleSuspension.__index = VehicleSuspension
export type WheelConfig = {
Attachment: Attachment,
RestLength: number,
SpringStiffness: number,
DampingFactor: number,
TireGrip: number,
LastLength: number,
}
export type VehicleChassis = {
RootPart: BasePart,
Wheels: { WheelConfig },
RayParams: RaycastParams,
AntiRollStiffness: number,
}
function VehicleSuspension.New(chassis: BasePart, wheelAttachments: { Attachment }): VehicleChassis
local rayParams = RaycastParams.new()
rayParams.FilterType = RaycastFilterType.Exclude
rayParams.FilterDescendantsInstances = { chassis.Parent or chassis }
rayParams.IgnoreWater = true
local wheels: { WheelConfig } = {}
for _, att in ipairs(wheelAttachments) do
table.insert(wheels, {
Attachment = att,
RestLength = 4.2,
SpringStiffness = 18500,
DampingFactor = 2200,
TireGrip = 1.8,
LastLength = 4.2,
})
end
local vehicle: VehicleChassis = {
RootPart = chassis,
Wheels = wheels,
RayParams = rayParams,
AntiRollStiffness = 6500,
}
return vehicle
end
function VehicleSuspension.Step(vehicle: VehicleChassis, dt: number)
local root = vehicle.RootPart
local chassisCFrame = root.CFrame
local downDir = -chassisCFrame.UpVector
for i, wheel in ipairs(vehicle.Wheels) do
local origin = wheel.Attachment.WorldPosition
local rayLength = wheel.RestLength + 1.2
local cast = Workspace:Raycast(origin, downDir * rayLength, vehicle.RayParams)
if cast then
local currentLength = (origin - cast.Position).Magnitude
local compression = math.clamp(wheel.RestLength - currentLength, 0, wheel.RestLength)
local compressionRate = (wheel.LastLength - currentLength) / dt
wheel.LastLength = currentLength
-- 스프링 및 댐퍼 계산
local springForce = wheel.SpringStiffness * compression
local damperForce = wheel.DampingFactor * compressionRate
local totalNormalForce = math.max(0, springForce + damperForce)
-- 횡방향 및 종방향 마찰 연산
local pointVel = root:GetVelocityAtPosition(cast.Position)
local forwardDir = wheel.Attachment.WorldCFrame.LookVector
local sideDir = wheel.Attachment.WorldCFrame.RightVector
local forwardSpeed = pointVel:Dot(forwardDir)
local lateralSpeed = pointVel:Dot(sideDir)
local lateralFrictionForce = -sideDir * (lateralSpeed * wheel.TireGrip * (totalNormalForce / 10))
local totalForce = (cast.Normal * totalNormalForce) + lateralFrictionForce
root:ApplyImpulseAtPosition(totalForce * dt, origin)
else
wheel.LastLength = wheel.RestLength
end
end
end
return VehicleSuspension
4. 안티롤 스웨이 바(Sway Bar) 및 드리프트 슬립 각도 메커니즘
무게중심이 높은 차량은 급격한 코너링 시 원심력으로 전복(Rollover)되기 쉽습니다. 안티롤 바는 차체 기울어짐을 효과적으로 억제합니다:
- 차축 간 반발력 전달: 우회전 시 좌측 바퀴가 심하게 압축되면 스웨이 바가 우측 바퀴에 하향 압력을, 좌측 차체에 상향력을 전달하여 수평을 유지합니다.
- 안티롤 토크 계산식: F_sway = (Compression_Left - Compression_Right) * K_swayBar.
- 파체이카 'Magic Formula' 근사: 정밀한 슬립 각도를 연산하여 고속 코너링 접지력과 예측 가능한 드리프트 오버스티어를 자연스럽게 블렌딩합니다.
- 핸드브레이크 슬립 전환: 핸드브레이크 작동 시 후륜 횡방향 마찰력을 70% 감소시키고 제동 역토크를 가해 즉각적인 드리프트 자세로 진입시킵니다.
5. 서버 권한, 네트워크 오너십 및 클라이언트 비주얼 렌더링
멀티플레이 환경에서 제로 지연 반응성을 보장하면서 서버 무결성을 지키는 아키텍처:
- 클라이언트 네트워크 오너십: 운전자 클라이언트에 SetNetworkOwner(driver)를 할당하여 조향 및 가속 입력 지연을 0ms로 단축합니다.
- 휠 메쉬 시각적 보간: 클라이언트 RenderStepped에서 서스펜션 압축 길이에 따라 바퀴 메쉬 CFrame 높이를 조정하고, 속도와 조향각에 맞춰 자연스럽게 회전시킵니다.
- 서버 속도 및 좌표 검증: 서버 Heartbeat에서 차체의 선속도 및 각속도를 모니터링하여 가속 핵 및 순간이동 비인가 패킷을 차단합니다.
- 오디오 엔진 RPM 피칭: 주행 속도와 기어 단수에 따라 SoundGroup의 Pitch와 Volume을 모듈레이션하고, 급격한 횡슬립 발생 시 스키드 사운드를 즉시 재생합니다.
Frequently Asked Questions
왜 로블록스 기본 원통 바퀴 제약 대신 레이캐스트 서스펜션을 써야 하나요?
레이캐스트 서스펜션은 물리 엔진 제약의 떨림을 제거하고, 고속 주행 시 지형을 뚫는 터널링 버그를 원천 차단하며, 모바일 저사양 기기에서 CPU 연산량을 극적으로 절감하고 드리프트 물리 및 마찰력을 완전한 코드로 제어할 수 있기 때문입니다.
바퀴 메쉬의 회전과 조향각은 어떻게 시각적으로 처리하나요?
클라이언트 RenderStepped에서 차량 전진 속도를 바퀴 반지름으로 나누어 각속도를 구하고 회전 각도를 누적합니다. 조향각은 아커만(Ackerman) 기하학을 적용해 선회 안쪽 바퀴가 바깥쪽 바퀴보다 더 크게 꺾이도록 CFrame을 합성합니다.
급선회 시 차체가 뒤집히는 롤오버 현상은 어떻게 방지하나요?
좌우 바퀴의 서스펜션 압축 차이에 비례해 반대 방향 토크를 가하는 안티롤 스웨이 바(Sway Bar) 공식을 적용하고, 차체의 질량 중심(AssemblyCenterOfMass)을 바닥 쪽으로 낮추어 전복 안정성을 극대화합니다.