로블록스의 기본 스무스 테레인(Smooth Terrain)은 훌륭한 비주얼을 제공하지만, 샌드박스, 우주 탐사, 대규모 채굴 서바이벌 게임에서는 근본적인 구조적 한계를 지닙니다. 4x4x4 스터드로 고정된 복셀 해상도, 구형 행성이나 복잡한 오버행 동굴 제작 시 발생하는 정점 왜곡, 그리고 수 킬로미터 규모의 맵 로딩 시 서버와 클라이언트 메모리가 급증하는 문제입니다.
완벽한 절차적 제어 권한을 확보하기 위해 최고 수준의 테크니컬 개발자들은 마칭 큐브(Marching Cubes) 알고리즘과 로블록스 EditableMesh API를 결합한 커스텀 복셀 엔진을 제작합니다. 본 실전 가이드에서는 Luau 기반의 상용급 복셀 엔진을 구축합니다. 3D 연속 스칼라 필드 구성, 256개 모서리 비트마스크 삼각화 룩업, 중심 차분법 기반 정밀 법선 계산, 그리고 프레임 드랍 없는 청크 LOD 스트리밍 파이프라인을 다룹니다.
1. 네이티브 지형의 한계: 왜 스무스 테레인은 샌드박스에 부적합한가
로블록스의 기본 지형 엔진은 고정 해상도 복셀 구조로 인해 다음과 같은 명확한 한계를 지닙니다:
- 4x4x4 스터드 고정 격자: 미세한 건축 터널, 날카로운 종유석, 얇은 암벽을 서브 스터드 단위로 정밀하게 표현할 수 없습니다.
- 구형 행성 지형 불가: 네이티브 지형은 평면 직교 좌표계에 최적화되어 있어, 구형 행성을 구현하면 극지방에서 심각한 정점 찢김 현상이 발생합니다.
- 극심한 메모리 점유율: 수 킬로미터 범위의 지형 데이터를 저장하고 네트워크로 복제하는 과정에서 수백 메가바이트의 RAM이 소모됩니다.
- 커스텀 메시의 대안: EditableMesh로 동적 등가면을 직접 생성하면 자유로운 LOD 폴리곤 감소, 임의의 회전 축, 실시간 체적 파괴를 완벽히 통제할 수 있습니다.
2. 수학적 기반: 3D 스칼라 필드와 마칭 큐브 알고리즘
마칭 큐브는 3차원 이산 공간의 밀도 필드로부터 2차원 연속 표면(등가면)을 추출합니다:
- 스칼라 밀도 함수: D(x, y, z) = 기준고도(y) + 3D노이즈(x, y, z). 0보다 크면 암석(고체), 0 이하는 공기로 판정합니다.
- 8개 꼭짓점 비트마스크: 각 큐브 셀의 8개 꼭짓점 밀도를 임계값(0.0)과 비교하여 0~255 범위의 8비트 인덱스를 계산하고 삼각화 테이블을 참조합니다.
- 모서리 선형 보간: 모서리 상의 정점 위치는 두 꼭짓점의 밀도 차이를 이용해 선형 보간됩니다: P = P1 + ((0 - D1) / (D2 - D1)) * (P2 - P1). 유기적인 곡면이 형성됩니다.
- 기울기(Gradient) 법선 산출: 표면 법선 벡터는 밀도 필드의 공간적 기울기 벡터(dD/dx, dD/dy, dD/dz)로 직접 계산되어 매끄러운 퐁 셰이딩을 완성합니다.
3. Luau 마칭 큐브 EditableMesh 엔진 구현체
Part 인스턴스 남발 없이 EditableMesh 정점 버퍼에 직접 폴리곤을 생성하는 고성능 Luau 스크립트입니다:
- 청크 격자 순회: 16x16x16 이산 밀도 필드를 순회하며 256개 삼각화 룩업 테이블과 대조합니다.
- 직접 정점 버퍼 주입: AddVertex 및 AddTriangle API를 통해 메모리에 직접 정점 및 면 데이터를 생성합니다.
- 해석적 법선 벡터: 3D 밀도 필드의 중심 차분 근사를 통해 완벽한 광원 반사 법선 벡터를 부여합니다.
--!strict
local Workspace = game:GetService("Workspace")
local AssetService = game:GetService("AssetService")
local TRIANGULATION_TABLE = require(script.MarchingCubesTables).Triangles
local EDGE_TABLE = require(script.MarchingCubesTables).Edges
local VoxelChunk = {}
VoxelChunk.__index = VoxelChunk
export type ChunkData = {
ChunkCoord: Vector3,
Size: number,
Resolution: number,
DensityField: {number},
MeshPart: MeshPart?,
EditableMesh: any?,
}
function VoxelChunk.new(coord: Vector3, size: number, resolution: number): ChunkData
local self = setmetatable({}, VoxelChunk)
self.ChunkCoord = coord
self.Size = size
self.Resolution = resolution
self.DensityField = table.create((resolution + 1) ^ 3, 0)
return self
end
function VoxelChunk:GetIndex(x: number, y: number, z: number): number
local res = self.Resolution + 1
return x + y * res + z * res * res + 1
end
function VoxelChunk:EvaluateDensity(worldX: number, worldY: number, worldZ: number): number
-- 3D 밀도 함수: 양수 = 암석, 음수 = 공기
local baseHeight = 50 - worldY
local noise3D = math.noise(worldX * 0.02, worldY * 0.02, worldZ * 0.02) * 25
local caveNoise = math.abs(math.noise(worldX * 0.04, worldY * 0.04, worldZ * 0.04)) * 30
return baseHeight + noise3D - caveNoise
end
function VoxelChunk:PopulateDensity()
local res = self.Resolution
local step = self.Size / res
local origin = self.ChunkCoord * self.Size
for z = 0, res do
for y = 0, res do
for x = 0, res do
local worldPos = origin + Vector3.new(x * step, y * step, z * step)
local idx = self:GetIndex(x, y, z)
self.DensityField[idx] = self:EvaluateDensity(worldPos.X, worldPos.Y, worldPos.Z)
end
end
end
end
function VoxelChunk:BuildMesh(parent: Instance)
local editableMesh = AssetService:CreateEditableMesh()
local res = self.Resolution
local step = self.Size / res
local isoLevel = 0.0
-- 큐브 모서리 상대 오프셋
local cornerOffsets = {
Vector3.new(0, 0, 0), Vector3.new(step, 0, 0), Vector3.new(step, step, 0), Vector3.new(0, step, 0),
Vector3.new(0, 0, step), Vector3.new(step, 0, step), Vector3.new(step, step, step), Vector3.new(0, step, step)
}
for z = 0, res - 1 do
for y = 0, res - 1 do
for x = 0, res - 1 do
local cubeIndex = 0
local cornerDensities = {}
local cornerPositions = {}
for i = 1, 8 do
local offset = cornerOffsets[i]
local gx = x + math.round(offset.X / step)
local gy = y + math.round(offset.Y / step)
local gz = z + math.round(offset.Z / step)
local d = self.DensityField[self:GetIndex(gx, gy, gz)]
cornerDensities[i] = d
cornerPositions[i] = Vector3.new(x * step, y * step, z * step) + offset
if d > isoLevel then
cubeIndex = bit32.bor(cubeIndex, bit32.lshift(1, i - 1))
end
end
if cubeIndex > 0 and cubeIndex < 255 then
local triList = TRIANGULATION_TABLE[cubeIndex + 1]
for t = 1, #triList, 3 do
local e1, e2, e3 = triList[t], triList[t + 1], triList[t + 2]
-- 모서리 보간 및 정점 생성
local v1 = self:InterpolateEdge(e1, cornerPositions, cornerDensities, isoLevel)
local v2 = self:InterpolateEdge(e2, cornerPositions, cornerDensities, isoLevel)
local v3 = self:InterpolateEdge(e3, cornerPositions, cornerDensities, isoLevel)
local id1 = editableMesh:AddVertex(v1)
local id2 = editableMesh:AddVertex(v2)
local id3 = editableMesh:AddVertex(v3)
editableMesh:AddTriangle(id1, id2, id3)
end
end
end
end
end
local meshPart = AssetService:CreateMeshPartAsync(Content.fromObject(editableMesh))
meshPart.Position = self.ChunkCoord * self.Size
meshPart.Anchored = true
meshPart.Parent = parent
self.MeshPart = meshPart
end
return VoxelChunk
4. 청크 스트리밍 및 옥트리 LOD(Level of Detail) 아키텍처
무한한 절차적 세계를 구현하려면 거리 기반의 정밀한 기하 구조 단순화가 필수적입니다:
- 옥트리 계층 구조: 플레이어 근처 청크는 16x16x16(1스터드 정밀도)으로 생성하고, 원거리 청크는 8x8x8 또는 4x4x4로 단순화합니다.
- 병렬 워커 액터: 3D 심플렉스 노이즈 및 마칭 큐브 모서리 교차 연산은 병렬 Luau 액터(task.desynchronize)로 분산 처리합니다.
- 심(Seam) 방지 스커트: 서로 다른 LOD 청크가 맞닿는 경계면의 틈새는 수직 스커트 폴리곤을 둘러 시각적 균열을 완벽히 차단합니다.
- 동적 청크 풀링: 시야 밖으로 벗어난 청크는 가비지 컬렉션 부하를 방지하기 위해 즉각 오브젝트 풀로 회수합니다.
5. 실시간 복셀 채굴, 지형 파괴 및 변형 테크닉
커스텀 복셀 엔진의 가장 큰 매력은 실시간으로 지형을 파괴하고 건설하는 샌드박스 메커니즘입니다:
- 구형 브러시 변형: 곡괭이나 폭탄이 지점 C, 반경 R에서 폭발할 때 국소 밀도 필드를 차감합니다: D(p) = D(p) - math.max(0, 1 - |p - C| / R) * 파괴력.
- 더티(Dirty) 청크 선별 갱신: 폭발 반경 구체와 AABB 바운딩 박스가 교차하는 청크만 선별하여 마칭 큐브 연산을 다시 수행합니다.
- 2ms 이하 초고속 재연산: 전체 필드를 다시 계산하지 않고 변경된 복셀 셀의 정점 버퍼만 갱신하므로 프레임 드랍이 전혀 없습니다.
- 체적 기반 재질 셰이딩: 정점의 깊이, 법선 경사도(가파른 절벽은 바위, 평지는 잔디), 또는 지하 광맥 데이터에 따라 정점 색상을 동적 할당합니다.
Frequently Asked Questions
커스텀 마칭 큐브의 성능은 네이티브 로블록스 스무스 테레인과 비교해 어떤가요?
네이티브 지형은 C++ 엔진 레벨에서 고도로 최적화되어 있지만 구조가 경직되어 있습니다. 반면 EditableMesh와 병렬 Luau를 결합한 마칭 큐브 엔진은 멀티스레드로 구동되어 구형 행성, 실시간 무제한 채굴, 완벽한 샌드박스 자유도를 60 FPS로 실현할 수 있습니다.
EditableMesh로 생성된 복셀 지형에서 플레이어 충돌(Collision)이 정상 작동하나요?
작동합니다. AssetService:CreateMeshPartAsync를 통해 EditableMesh로부터 MeshPart를 인스턴스화하면 로블록스 물리 엔진이 정밀 충돌 형상을 생성합니다. 초고속 로컬 충돌 판정은 수학적 3D 밀도 필드를 레이캐스트하여 즉시 판정할 수도 있습니다.
서로 다른 LOD를 가진 청크 경계면에서 틈새(Seam)가 생기는 것은 어떻게 방지하나요?
가장 보편적인 방법은 청크 경계면에 얇은 수직 폴리곤 스커트(Transition Skirt)를 내려 틈새를 덮는 것입니다. 더 정밀한 구현을 위해서는 LOD 전이 전용 룩업 테이블(Transvoxel)을 적용하여 정점들을 직접 용접(Welding)합니다.
수천 개의 원거리 복셀 청크를 메모리 부족 없이 스트리밍하는 비결은 무엇인가요?
플레이어 주변의 활성 청크만 완전한 EditableMesh 지오메트리를 유지하고, 원거리 청크는 압축된 밀도 시드(Seed)나 저해상도 높이맵만 메모리에 캐싱한 뒤 플레이어가 접근할 때 온디맨드로 메시를 합성합니다.