로블록스 차량 물리 아키텍처: 레이캐스트 휠 서스펜션, 훅의 법칙 동역학 및 안티롤 스웨이 바

By DopaBrain 물리 및 차량 시뮬레이션 엔지니어링 팀 Updated: 2026-09-30 12 min read

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:

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:

3. 프로덕션 등급 레이캐스트 차량 컨트롤러 Luau 구현

다음은 RunService.Heartbeat에서 실행되는 모듈형 4륜 레이캐스트 서스펜션 컨트롤러 전체 코드입니다:

RaycastSuspensionEngine.luau (차량 물리 엔진 코어)
--!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:

5. 서버 권한, 네트워크 오너십 및 클라이언트 비주얼 렌더링

멀티플레이 환경에서 제로 지연 반응성을 보장하면서 서버 무결성을 지키는 아키텍처:

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.

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