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유체 시뮬레이션은 제대로 구현하면 마법처럼 느껴지는 3D 기법 중 하나입니다. 계단 아래로 떨어지는 물줄기, 표면 사이로 늘어나는 시럽 같은 끈적임, 절벽에 부딪히는 폭발적인 파도 등 시각적 효과는 엄청납니다. 하지만 유체 시뮬레이션은 단순한 볼거리가 아니라 유체 물리와 창의적인 연출을 결합한 기술적 쾌거이므로 VFX, 스타일라이즈드 애니메이션 및 제품 시각화를 위한 필수적인 툴입니다.
3D 유체 시뮬레이션은 수학과 물리학을 사용하여 물, 기름 또는 용암과 같은 유체가 어떻게 움직이고 작동하는지 재현하는 과정입니다. 유체가 흐르는 방식을 설명하는 특수 방정식을 풀어서 작동하며, 이러한 시뮬레이션은 속도, 압력, 두께(점도), 중력 등을 고려하여 실제와 같은 움직임을 구현합니다. 사용하는 방법에 따라 파티클 또는 3D 그리드를 사용하여 유체를 시뮬레이션 할 수 있으므로 아티스트는 잔잔한 수면부터 폭발적인 물보라까지 모든 것을 만들 수 있습니다.
평활 입자 유체역학(SPH) 및 유체 내재 입자(FLIP)와 같은 입자 기반 기술은 유체를 중력, 압력 및 기타 힘에 반응하는 작은 점 또는 입자의 집합으로 취급합니다. 이 방법은 물보라, 쏟아지는 유체 또는 난류와 같은 소규모의 에너지 넘치는 시뮬레이션에 적합합니다.
격자 기반 또는 유클리드(Eulerian) 접근 방식은 시뮬레이션 공간을 3차원 격자로 나누고 유체가 그 격자를 통해 어떻게 이동하는지 계산합니다. 이러한 방법은 대규모 수체나 부드러운 파도 같은 운동을 시뮬레이션하는 데 이상적입니다. 예를 들어 바다와 같은 경우입니다. 이 방법은 더 많은 메모리를 필요로 하지만, 넓은 범위에서의 운동에 대해 더 부드러운 결과를 제공합니다.
하이브리드 솔버는 두 가지 장점을 결합한 솔루션입니다. 예를 들어 FLIP은 파티클 트래킹과 힘 계산을 위한 그리드를 결합하여 안정적이고 세밀한 결과를 제공합니다. 디테일과 성능의 균형으로 인해 프로덕션 환경에서 널리 사용됩니다.
'베이크'를 누르기 전에 시뮬레이션이 예상대로 작동하고 불필요하게 리소스를 소모하지 않도록 올바른 토대를 마련하는 것이 중요합니다.
씬이 항상 실제 스케일을 사용하는지 확인하십시오. 시뮬레이션은 중력, 점도, 모션과 같은 정확한 측정값에 크게 의존하며 모두 모델의 물리적 스케일에 반응합니다. 씬의 스케일이 잘못 설정되면 유체가 느리거나 매우 불안정해질 수 있습니다.
유체가 상호작용하는 모든 물체는 방수 처리가 되어 있어야 하며 어느 정도 물리적 두께가 있어야 합니다. 얇은 평면이나 지오메트리가 열려 있는 모델은 솔버를 혼동하여 아티팩트나 누출을 유발할 수 있습니다. 깨끗한 모델링 관행은 여기서 큰 도움이 됩니다.
시뮬레이션 도메인은 유체의 바운딩 박스를 정의합니다. 이 보이지 않는 컨테이너는 모든 유체 파티클을 담고 시뮬레이션의 해상도와 메모리 사용량을 결정합니다. 리소스 소비를 최소화하고 베이크 시간을 합리적으로 유지하려면 액션 주위를 최대한 좁게 유지하십시오.
기본 설정을 사용하더라도 몇 가지 조정을 통해 유체 시뮬레이션의 사실감을 높일 수 있습니다.
해상도가 높으면 디테일이 향상되지만 시뮬레이션 및 렌더링 시간이 크게 늘어납니다. 낮은 설정으로 반복하고 유체의 움직임에 확신이 있을 때만 해상도를 높이는 것이 가장 좋습니다.
물, 시럽, 용암과 같은 다양한 유체는 모두 다르게 작동합니다. 점도 설정을 사용하여 이러한 속성을 시뮬레이션 할 수 있습니다. 점도가 낮을수록 물과 같은 동작을 구현하고, 점도가 높을수록 꿀처럼 느리고 걸쭉한 유체를 시뮬레이션 할 수 있습니다.
사실감을 살리려면 거품, 스프레이 또는 거품과 같은 보조 요소를 추가하십시오. 이러한 요소는 바다, 난류 또는 유체가 빠른 속도로 표면에 부딪히는 모든 상호작용과 관련된 시뮬레이션에 특히 유용합니다. Blender와 같은 소프트웨어를 사용하면 이러한 효과를 개별적으로 베이크할 수 있습니다.
Blender의 유체 시뮬레이션 시스템은 Mentaflow로 구동되며, 독립 크리에이터와 소규모 스튜디오를 위한 훌륭한 올인원 솔루션입니다. 유체 및 기체 시뮬레이션을 모두 지원하며 메쉬 기반 및 파티클 기반 유체, 점도 제어, 도메인 수준 캐싱과 같은 기능을 제공합니다. Houdini의 FLIP 유체만큼 확장성이 뛰어나거나 세분화되지는 않았지만 지속적으로 개선되고 있으며 Blender의 워크플로우에 완전히 통합되어 있습니다. 특히 양식화 된 프로젝트나 중간 규모의 프로젝트에서 빠른 반복 작업과 만족스러운 결과물을 얻으려면 Blender가 그 자체로 충분합니다.
Houdini가 영화 및 고급 VFX 분야에서 널리 사용되는 데에는 이유가 있습니다. 빠르고 확장 가능하며 세밀한 제어가 가능한 플립 플루이드가 그 이유입니다. 노드 기반 시스템으로 절차적 설정이 가능하므로 처음부터 다시 시작하지 않고도 즉시 시뮬레이션을 조정할 수 있습니다.
RealFlow는 사실적인 유체 동작으로 유명한 독립형 시뮬레이션 제품군입니다. 광고 및 시네마틱 분야에서 많이 사용되며 Cinema 4D, Maya, 3ds Max와 같은 3D 패키지와 통합됩니다. 유체에 중점을 둔 워크플로우에 적합한 성숙하고 안정적인 툴입니다.
Bifrost는 고품질의 유체, 연기, 파티클을 지원하는 Maya의 기본 시뮬레이션 프레임워크입니다. 이 유체 솔버는 파티클과 볼륨을 결합하여 스플래시, 거품, 점도를 포함한 사실적인 결과를 구현합니다. 내장된 프리셋과 Maya의 워크플로우에 직접 통합된 Bifrost를 사용하면 외부 툴 없이도 유체 효과를 쉽게 시뮬레이션하고 렌더링할 수 있습니다.
게임 및 VR 어플리케이션의 경우 실시간 유체 시뮬레이션은 일반적으로 셰이더 효과 또는 버텍스 애니메이션 텍스처를 사용하여 근사치를 구합니다. 물리적으로 매우 정확하지는 않지만 최소한의 오버헤드로 멋지게 보이고 성능이 우수할 수 있습니다.
유체 시뮬레이션은 장대한 홍수 장면에만 사용되는 것이 아닙니다. 유체 시뮬레이션은 다양한 분야에서 사용되며, 각 분야마다 고유한 요구 사항과 창의적인 기회가 있습니다. 다음은 유체 시뮬레이션의 인기 있는 응용 분야 중 일부입니다:
영화와 TV에서 유체 시뮬레이션은 다양한 구조물을 통과하는 물줄기나 액션 장면에서 피가 튀는 등 임팩트 있는 순간을 연출하는 데 매우 중요합니다. 이러한 시뮬레이션은 시각 효과를 현실에 기반을 두는 데 도움이 되며, 종종 중요한 시퀀스의 중심이 되기도 합니다. 시뮬레이션을 통해 구현한 사실감은 다른 방법으로는 재현하기 어렵습니다.
실시간 제약 조건은 시뮬레이션의 복잡성을 제한하지만, 비디오 게임에서는 베이크된 유체 애니메이션, 버텍스 셰이더 또는 텍스처 기반 솔루션을 사용하여 사실적인 물, 용암 또는 슬라임에 가깝게 구현하는 경우가 많습니다. 고급 엔진에서는 웅덩이, 강 또는 물보라 반응과 같은 인터랙티브 요소에 단순화된 유체 솔버 또는 하이브리드 시스템을 사용할 수 있습니다. 목표는 시각적 충실도와 성능 사이의 균형을 유지하여 게임플레이에 지장을 주지 않으면서 몰입감을 더하는 것입니다.
광고에서 유체 시뮬레이션은 음료수를 완벽하게 따르거나 로션을 부드럽게 바르거나 페인트를 극적으로 튀기는 장면을 연출하는 데 자주 사용됩니다. 이러한 장면은 눈길을 사로잡는 동시에 정보를 제공하는 방식으로 제품의 특성을 보여줍니다. 이러한 시뮬레이션은 완전히 디지털 방식으로 이루어지기 때문에 가장 매력적인 모션과 프레임을 찾기 위해 끝없이 반복할 수 있습니다.
유체 시뮬레이션은 교육적인 역할도 합니다. 혈액이 정맥을 통해 어떻게 흐르는지 보여주는 것부터 페트리 접시에서 화학 반응의 역학을 보여주는 것까지, 시뮬레이션은 너무 빠르거나 너무 작거나 너무 위험해서 직접 관찰하기 어려운 과정을 설명할 수 있습니다. 이러한 시뮬레이션은 과학적 정확성과 시각적 스토리텔링을 결합하여 교육과 연구 모두에 도움을 줍니다.
유체가 제어할 수 없이 폭발하기 시작하면 잘못된 스케일링, 지나치게 높은 유입 속도 또는 겹치는 지오메트리가 가장 큰 원인일 수 있습니다. 오브젝트 크기를 다시 확인하고 극단적인 속도 또는 압력 설정을 줄이십시오.
유체가 오브젝트를 통과하는 것처럼 보이거나 메쉬에 구멍이 있는 경우 해상도가 낮은 베이크가 원인인 경우가 많습니다. 해상도 또는 메쉬 파티클 수를 늘리고 필요한 경우 서브스텝을 사용하여 정확도를 개선하십시오. 오브젝트의 두께 때문일 수도 있으므로 표면 두께를 늘리는 것도 도움이 될 수 있습니다. 그래도 작동하지 않는다면 다른 원인일 수도 있으므로 콜리전(collision) 오브젝트에 반전된 노멀이 있는지 확인할 수도 있습니다. 노멀이 올바른 방향을 가리키고 있는지 확인하여 유체가 제대로 상호작용할 수 있도록 하십시오.
이 문제는 대개 불안정한 메쉬 생성에서 비롯됩니다. 메쉬 스무딩 및 필터링을 활성화해 보십시오. 또한 시뮬레이션 도중 베이크 경로가 중단되거나 손상되지 않았는지 확인하십시오.
흐름 개체에서 유체가 나오지 않는다면 두께 때문일 수 있습니다. 흐름 객체의 두께를 늘리거나 표면 방출을 늘려 보십시오. 또한 흐름 객체의 크기가 너무 작으면 유체가 전혀 방출되지 않을 수 있으므로 크기를 고려해야 합니다. 오브젝트의 크기를 확대하면 이 문제를 해결하는 데 도움이 될 수 있습니다.
유체 시뮬레이션은 기술적 도전 과제이자 창의력을 발휘할 수 있는 놀이터입니다. 수학적 정확성과 표현적인 스토리텔링을 결합하여 3D 아티스트에게 다른 이펙트로는 불가능한 방식으로 씬에 생기를 불어넣을 수 있는 툴을 제공합니다. 고예산 VFX 촬영, 스타일라이즈드 단편, 제품 광고 등 어떤 작업을 하든 플루이드는 기능적인 수준에서 잊을 수 없는 작품으로 끌어올릴 수 있습니다.
핵심은 실험하고 반복하며 실제 레퍼런스를 연구하는 것입니다. 작은 것부터 시작하여 선택한 소프트웨어의 특장점을 익히고 시간이 지남에 따라 실력을 키우십시오. 연습과 인내를 통해 웅덩이, 물보라, 흐름을 강력한 스토리텔링 장치로 만들 수 있습니다.
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