Unreal/C++ 과제 7 - 도전 구현 - 6D

Unreal/C++ 과제 7 - 6자유도 (6 DOF) 드론/비행체 구현

과제 소개 및 목표

• 6축 이동 및 회전 액션 구현
  • 이동
    
    • 전/후 (W/S) - 로컬 X축 이동
      
    • 좌/우 (A/D) - 로컬 Y축 이동
      
    • 상/하 (Space/Shift) - 로컬 Z축 이동
      
  • 회전
    
    • Yaw - 좌우 회전, 마우스 X축 이동
      
    • Pitch - 상하 회전, 마우스 Y축 이동
      
    • Roll - 기울기 회전, 마우스 휠 또는 별도 키
      
• Orientation 기반 이동 구현
  • 현재 Pawn의 회전 상태에 따라 이동 방향이 결정되는 비행체 움직임을 구현
    
  • 단순 월드 좌표계 이동이 아닌, Pawn의 로컬 좌표계 기준 이동을 구현
    

구현 기능

• 6축 이동 및 회전 액션 구현
  
  • 상/하, 좌/우, 전/후 이동
    
  • Yaw , Pitch, Roll 회전
    
• Orientation 기반 이동
  

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클래스 설명

• 추가 구현 클래스

ATaskHoverPawn
- 6D 구현용 Pawn 클래스
- Move 와 Look 은 방식과 유사하며
  입력으로 UpMove, DownMove 그리고 RotateZ 를 추가

AHoverController
- 6D 구현용 PlayerController 클래스

코드 구현부

void ATaskHoverPawn::Tick(float DeltaTime)
{
	Super::Tick(DeltaTime);

	if (MoveVec.Size() > 0)
	{
		FVector TempMoveVec = MoveVec.GetSafeNormal() * MoveSpeed * DeltaTime;

		AddActorLocalOffset(TempMoveVec);
		MoveVec = FVector::Zero();
	}

	if (RotateR.IsNearlyZero() == false)
	{
		AddActorLocalRotation(RotateR);
	}

	RotateR = FRotator::ZeroRotator;
}

---

void ATaskHoverPawn::UpMove(const FInputActionValue& value)
{
	const float& UpValue = value.Get<float>();
	const FRotator RollRot(0.f, 0.f, UpValue);
	if (FMath::IsNearlyZero(UpValue) == false)
	{
		const FVector Up = FRotationMatrix(RollRot).GetUnitAxis(EAxis::Z);
		MoveVec += (Up * UpValue);
	}
}

void ATaskHoverPawn::DownMove(const FInputActionValue& value)
{
	const float& DownValue = value.Get<float>();
	const FRotator RollRot(0.f, 0.f, DownValue);
	if (FMath::IsNearlyZero(DownValue) == false)
	{
		const FVector Down = FRotationMatrix(RollRot).GetUnitAxis(EAxis::Z);
		MoveVec -= (Down * DownValue);
	}
}

void ATaskHoverPawn::RotateZ(const FInputActionValue& value)
{
	const float& RotateValue = value.Get<float>();
	RotateR.Roll = -RotateValue;
}

• Tick에서 SpringArm만 회전시키는 것을
  다시 Actor 전체로 수정
  (이번에는 YawPitchRoll을 모든 요소가 적용받아야 하므로)
  

TMI - FRotator(Euler) vs FQuat(Quaternion)

게임에서 ‘회전’과 관련해서 일반적으로는 2개의 표현법을 사용

• 오일러 각(Euler Angles)
  

  회전을 ‘세 축’ (XYZ)을 기준으로 순차적으로 적용하는 방식
  

  • 장점
    

    직관적이기에 사용 및, Tool 제작, 입력 매핑이 간편함
    

  • 단점
    

    ‘짐벌락’ 현상 발생 가능, 각 축 간의 회전 순서에 종속, 보간 문제
    

• 쿼터니언(Quaternion,사원수)
  

  회전을 4차원 벡터 (x,y,z,w)로 표현하는 방식
  

  • 장점
    

    ‘짐벌락’ 없음, 누적값에 대한 안정적(정규화), 안전한 보간 가능
    

  • 단점
    

    비직관적, 수학적 개념 필요
    

보통 게임 엔진에서는 양측의 장점을 혼용하여 사용

• Tool, 에디터, UI 등에서 ‘오일러’ 표현을 통해 사용자가 편하게 사용
  
• 내부 회전에서는 쿼터니언을 사용하여, ‘안정적’인 처리
  

짐벌락(Gimbal Lock) 현상?

• 3축 회전을 표현하던 중, ‘특정’ 각도의 움직임을 통하여
  축들이 서로 ‘겹쳐’버리는 현상
  

• 오일러 각은 ‘순서’대로 축을 회전시킨다
  그렇기에 ‘특정 축’이 +- 90 도 기울어져 버린 상황에서
  다른 축과 겹쳐버릴 수 있음
  (위는 극단적인 예시)
  

• 말그대로 ‘짐벌’ (3차원 회전 장치)가
  ‘락’ (잠겼다)는 뜻의 현상이다
  

일반적인 해결법은
‘쿼터니언’을 통해 4차원 회전을 이용하거나
‘회전’에 제한을 거는 상황을 통해 해당 현상을 예방한다

그러면 FRotator 사용하면 위험한가?

다행히도 AddActorLocalRotation 같은
함수 내부에서 쿼터니언으로 ‘변환’하여 회전이 적용된다

void AActor::AddActorLocalRotation(FRotator DeltaRotation, bool bSweep, FHitResult* OutSweepHitResult, ETeleportType Teleport)
{
	if(RootComponent)
	{
		RootComponent->AddLocalRotation(DeltaRotation, bSweep, OutSweepHitResult, Teleport);
	}
	else if (OutSweepHitResult)
	{
		*OutSweepHitResult = FHitResult();
	}
}

///---
// 내부적으로 FQuat로 변환하여 사용
void USceneComponent::AddLocalRotation(FRotator DeltaRotation, bool bSweep, FHitResult* OutSweepHitResult, ETeleportType Teleport)
{
	const FQuat CurRelRotQuat = RelativeRotationCache.RotatorToQuat(GetRelativeRotation());
	const FQuat NewRelRotQuat = CurRelRotQuat * DeltaRotation.Quaternion();
	SetRelativeLocationAndRotation(GetRelativeLocation(), NewRelRotQuat, bSweep, OutSweepHitResult, Teleport);
}

• 그래도 너무 ‘큰 회전’을 사용한다던가
  90도 같은 겹치기 쉬운 각도를 사용한다던가
  ‘보간’ 등을 할 필요가 있다면
  FQuat를 사용하는 편이 훨씬 안전하다
  

• FQuat에는 Normalize 같은 정규화 함수도 있기에
  이러한 ‘누적’ 회전에도 안전