TL;DR

Box3D는 C17로 작성된 크로스플랫폼 3D 물리 엔진으로 연속 충돌 감지와 로버스트한 Soft Step 솔버를 통해 고속 이동체와 복잡한 제약을 안정적으로 처리한다. 데이터 지향 설계와 멀티스레딩 및 SSE2/Neon SIMD 최적화를 적용해 대량의 바디를 효율적으로 시뮬레이션하도록 설계되었고 아일랜드 기반 슬립과 녹화·재생 기능을 통해 성능과 디버깅을 지원한다. 빌드와 통합은 CMake 프리셋, FetchContent, add_subdirectory, find_package 방식으로 유연하게 가능하며 Windows, Linux, macOS 샘플이 제공되어 엔진 동작을 즉시 검증할 수 있다. 제약으로는 샘플 빌드를 위해 C++20 컴파일러가 필요하고 플랫폼별 SIMD 의존성이 있으므로 타깃 환경의 컴파일러와 SIMD 지원 여부를 확인해야 한다.

주요 기능

• 충돌 관련 기능으로 연속 충돌 감지와 접촉 이벤트 처리를 제공하며, 볼록 껍질과 캡슐, 구, 삼각형 메시, 하이트필드 등 다양한 형태의 충돌체를 지원한다. 여러 형태(shape)를 하나의 바디에 할당할 수 있고 충돌 필터링과 센서 시스템을 통해 충돌 판정과 이벤트를 세밀하게 제어할 수 있다. 레이 캐스트와 쉐이프 캐스트, 오버랩 쿼리를 통해 물리 쿼리 기반 로직을 구현할 수 있다.
• 물리 엔진 측면에서 강건한 Soft Step 솔버와 연속 물리를 제공하여 빠른 이동과 회전이 있는 시나리오에서도 안정성을 확보한다. 회전 관절, 피스톤형 관절, 거리 관절, 모터, 용접, 휠 등 다양한 조인트와 모터·스프링·마찰 및 제한을 지원하여 복잡한 기구학을 시뮬레이션할 수 있다. 바디 이동 이벤트와 슬립(수면) 알림을 통해 상위 로직에서 객체 상태 변화를 효율적으로 처리할 수 있다.
• 시스템 수준에서는 데이터 지향 설계와 포터블한 C17 코드베이스, 광범위한 멀티스레딩 및 SIMD 최적화를 적용하여 대량의 바디 더미를 처리하는 데 최적화되어 있다. 플랫폼 간 결정론성(cross platform determinism)을 목표로 설계되어 동일한 시뮬레이션 결과를 재현하는 기능을 제공하며 녹화 및 재생 기능을 통해 디버깅과 벤치마크가 가능하다. SIMD는 SSE2와 Neon을 사용하며 필요 시 BOX3D_DISABLE_SIMD 정의로 비활성화할 수 있다.
• 샘플과 통합 도구로 sokol을 이용해 플랫폼별 그래픽스(D3D11, Metal, OpenGL 4.5)를 지원하며 ImGui 기반의 GUI와 다수의 샘플로 기능과 성능을 검증하는 환경을 제공한다. 샘플은 Windows, Linux, macOS에서 실행 가능한 빌드 프리셋을 제공하여 개발자가 빠르게 테스트 환경을 구성할 수 있다. README에 제시된 빌드 프리셋과 실행 경로를 통해 샘플 앱을 즉시 실행해 엔진 동작을 확인할 수 있다.

어떻게 동작하는가

Box3D는 데이터 지향 설계 원칙을 적용한 C17 코드베이스로 내부 상태를 연속 메모리 블록으로 배치해 캐시 친화적 연산을 수행한다. 물리 계산은 Robost Soft Step 솔버와 연속 충돌 감지로 구성되어 고속 이동체와 복잡한 제약을 안정적으로 통합하며 멀티스레딩과 SIMD를 통해 연산을 병렬화해 대용량 바디 처리 성능을 확보한다. 아일랜드 기반 슬립과 녹화·재생 기능은 계산 비용을 줄이고 디버깅과 재현성을 지원한다.

해결 문제

Box3D는 많은 수의 상호작용하는 물체를 포함한 실시간 게임 및 시뮬레이션에서 충돌 검출과 강체 역학 계산의 정확성과 성능 문제를 해결한다. 연속 충돌 감지와 Soft Step 솔버로 고속 이동 중 발생하는 관통 문제를 줄이고 멀티스레딩과 SIMD 최적화로 대규모 씬의 처리량을 높인다. 크로스플랫폼 결정론성과 녹화·재생 기능으로 디버깅과 버그 재현에 필요한 도구를 함께 제공한다.

차별점

• 데이터 지향 설계와 C17 기반의 포터블 구현을 결합하여 낮은 레벨의 성능 제어가 가능하다. 이 설계는 SIMD와 멀티스레딩을 효과적으로 활용할 수 있게 하여 대량의 객체를 처리하는 시나리오에서 성능 우위를 제공한다. Box3D는 이 점을 README에서 명시하며 대형 바디 더미에 최적화되었다고 표기하고 있다.
• 로버스트한 Soft Step 솔버를 채택하여 충돌 및 제약 조건 해결 시 수치적 안정성을 우선시한다. 이 접근은 전형적인 직접 해법보다 더 강건한 시간적 수렴을 목표로 하며 빠른 회전과 이동에 취약한 전통적 기법의 문제를 완화한다. 결과적으로 격렬한 상호작용이 많은 장면에서 물리적 발산을 억제하는 효과가 있다.
• 샘플 앱은 sokol과 ImGui를 활용해 플랫폼별 렌더링과 GUI를 통합한 데모를 제공하므로 엔진 통합 및 시각적 디버깅이 빠르게 가능하다. 빌드 프리셋과 플랫폼별 실행 경로가 제공되어 Windows, Linux, macOS에서 일관된 샘플 실행 흐름을 유지할 수 있다. 또한 설치형과 소스형 통합 양쪽을 모두 지원해 사용자가 원하는 통합 방식을 선택할 수 있다.

사용 사례

• 실시간 게임 엔진의 물리 모듈로 사용되어 다수의 동적 객체와 복잡한 관절을 안정적으로 시뮬레이션하는 데 적합하다. 연속 충돌 감지와 다양한 조인트 지원으로 플랫폼 게임, 차량 시뮬레이션, 물리 기반 퍼즐 등에서 활용될 수 있다. 멀티스레딩과 SIMD 최적화 덕분에 대형 씬을 요구하는 게임에서도 성능을 확보할 수 있다.
• 시뮬레이션 도구나 에디터에서 물리 시뮬레이션을 백엔드로 사용해 동적 실험을 수행할 수 있다. 녹화 및 재생 기능을 통해 반복 실험과 디버깅 워크플로가 원활하며 결정론성은 결과 재현성을 보장한다. CMake 기반 통합 방식으로 다양한 개발 환경에 손쉽게 포함시킬 수 있다.
• Box2D 기반 프로젝트의 3D 마이그레이션이나 레거시 2D 코드의 3D 전환 과정에서 참조 구현 또는 코드 이식 대상으로 사용될 수 있다. README는 Box3D가 Box2D와의 코드 마이그레이션에 LLM을 사용한 사례를 언급하고 있어 마이그레이션 관련 참고 자료로 유용하다. 소스 수준에서 통합하거나 패키지로 설치해 기존 빌드 시스템에 맞출 수 있다.

시작하기

시작하려면 CMake와 git이 설치되어 있어야 하며 README에 제시된 프리셋을 이용해 플랫폼별로 빌드하는 것이 권장된다. 예를 들어 Windows에서는 cmake --preset windows 다음에 cmake --build --preset windows-release를 실행하면 빌드 산출물이 생성되고 samples.exe를 실행해 샘플을 확인할 수 있다. macOS와 Linux 역시 제공된 cmake 프리셋을 사용해 빌드하고 각 플랫폼용 샘플 실행 파일을 통해 엔진 동작을 바로 검증할 수 있다.

요구사항

• 라이브러리 빌드를 위해 CMake와 git이 필요하며 Box3D 코어는 C17을 지원하는 컴파일러가 요구된다. 샘플을 빌드하려면 C++20을 지원하는 컴파일러가 필요하며 플랫폼별 그래픽스 백엔드로 D3D11(Windows), Metal(macOS), OpenGL 4.5(Linux)를 사용한다. 성능 최적화를 위해 SSE2나 Neon SIMD를 사용하며 필요 시 BOX3D_DISABLE_SIMD 정의로 SIMD를 비활성화할 수 있다.

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