나비에 스토크의 마법같은 3D 세계

메이즈라인 테크블로그 글에서 "나비에 스토크의 마법같은 3D 세계" 글을 소개 합니다.

이 글은 저자도 나비에-스토크와 게임 유체 시뮬레이션을 공부하며 정리한 포스트입니다. 구정 연휴에 과학 유튜브 영상을 보면서 지냈는데, 반도체 제작 공정 관련 영상에서 나비에-스토크 방정식이 언급되는 것을 들었습니다. CVD(화학적 기상 증착), 에칭, 웨이퍼 세정 같은 공정에서 유체 해석이 중요하고, 그 기반이 바로 나비에-스토크라는 이야기였습니다. 그걸 계기로 "그러면 3D 게임에서는 어디에 쓰일까?" 하는 궁금증이 생겨, 이렇게 정리하게 되었습니다.

3D 게임에서 연기, 물, 불 같은 유체 효과를 만들 때 두 가지 접근이 있습니다. 하나는 파티클 시스템 — 수천 개의 작은 입자를 뿌려서 시각적으로 비슷하게 보이게 하는 방법입니다. 다른 하나는 물리 기반 유체 시뮬레이션 — 나비에-스토크(Navier–Stokes) 방정식을 수치적으로 풀어 실제 유체처럼 움직이게 하는 방법입니다. 파티클은 가볍고 구현이 쉽지만, 굴러가는 소용돌이나 장애물을 피해 흐르는 연기 같은 디테일에는 한계가 있습니다. 반면 나비에-스토크 기반 솔버는 연산 비용이 크지만, Hellgate: London의 실시간 연기, NVIDIA Smoke in a Box 데모, Unreal Niagara Fluids처럼 실제 게임에 적용된 사례가 많습니다. 이 글에서는 나비에-스토크가 3D 게임에서 어떻게 활용되는지 Use Case 중심으로 정리해 보겠습니다.

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