물리 실험을 해 본 사람이라면 누구나 이론값과 실험값의 커다란 오차 사이에서 한숨을 쉬어 본 경험이 있을 것이다. 아직 물리의 기초도 닦이지 않은 수준에서 현실 결과를 예측할 수 있을 것이라 기대하지는 않지만, 더 쉽고 정확한 실험을 하고싶어지는 것은 어쩔 수 없다. 그런 우리를 위해 이미 만들어진 것이 있으니, 바로 ‘물리 엔진’이다. ‘물리 엔진’이란 특정 물리 시스템을 연산을 통해 시뮬레이션 하는 컴퓨터 소프트웨어를 말한다. 그 종류에 따라 성능이나 기능이 조금씩은 다르지만, 간단한 강체역학이나 유체역학적 시뮬레이션 정도는 가능한 것이 일반적이다.
이 기사에서는 여러가지 물리 엔진 중 교육용으로 제작된 ‘Algodoo’에 대해서 다루려고 한다.
Algodoo는 Algoryx Simulation AB사에서 만든 교육용 물리 상호작용 시뮬레이션 프로그램으로, http://www.algodoo.com/에서 무료로 다운로드 받을 수 있다. 더 정교한 버전인 Algoryx Momentum과 Algoryx Momentum Granular 또한 해당 회사에서 제작하여 다운이 가능하게 열어놓은 바 있다. 본 기사의 독자들 중 물리엔진의 사용이 다소 생소한 사람이 많을 것으로 예상할 뿐만 아니라 필자 본인도 Algoryx Momentum 시리즈를 소개할 만큼 사용 경험이 풍부하지 않은 관계로 여기에서는 Algodoo의 사용법만을 익히는 것으로 한다.
기본 툴 알아보기
우선 기본적인 툴들과 사용법을 알아보도록 하자. Algodoo를 처음 켜게 되면 다음과 같은 빈 창을 만나볼 수 있다.
여기가 물체들을 배치해서 시뮬레이션 해 볼 수 있는 창이다. 좌측 하단에 있는 툴들을 사용하여 물체를 만들고 설정할 수 있다.
(1) 스케치 툴(K)
여러가지 툴을 합쳐 간편하게 사용할 수 있도록 한 툴이다.
(2) 칼 툴(T)
물체를 원하는 모양으로 자유롭게 자를 수 있다.
(3) 이동 툴(M)
물체의 위치를 옮길 수 있다.
(4) 드래그 툴(D)
물체에 힘을 가할 수 있다. 재생중에만 사용이 가능하다.
(5) 회전 툴
물체의 무게중심을 축으로 회전시킨다. 물체 위에서 마우스 오른쪽 버튼을 클릭하면 사용할 수 있고, 물체에서 커서를 멀리 두면 더 작은 각도로 섬세하게 회전시킬 수 있다.
(6) 스케일 툴(R)
물체의 크기를 조절할 수 있다. Shift키를 누르면 비율을 일정하게 하며 조절할 수 있고, Ctrl키를 누르면 정수배로 각 변을 늘릴 수 있다.
(7) 브러시 툴(B)
그린 모양대로 물체가 생성되게 할 수 있다.
(8) 지우개 툴
브러쉬와 유사하나, 지우개 툴을 사용한 곳의 물체는 사라진다.
(9) 다각형 툴(P)
곡선을 그리면 내부가 꽉 찬 모양의 물체가 만들어진다.
(10) 기어 툴(G)
가운데에 회전축이 달린 톱니바퀴 모양 기어를 만든다.
(11) 사각형 툴(X)
직사각형을 그린다. Shift키를 누르면 정사각형을 그릴 수 있다.
(12) 원 툴(C)
원을 그린다.
(13) 평면 툴(A)
무한한 강체 평면을 생성한다. 클릭 지점에서부터 각도를 임의로 설정하여 만들 수 있다.
(14) 체인 툴(N)
체인이나 밧줄로 두 물체를 연결할 수 있다.
(15) 용수철 툴(S)
용수철로 두 물체를 연결할 수 있다.
(16) 고정 툴(F)
특정 물체를 배경에 고정시켜 움직일 수 없게 한다.
(17) 회전축 툴(H)
특정 물체에 배경에 고정된 회전축을 심어준다.
(18) 추진체 툴(O)
물체에 추진체를 설치해 스스로 가속하게 한다. 오른쪽 버튼을 누르고 끌어서 방향을 조절할 수 있다.
(19) 레이저 포인터 툴(L)
물체에 레이저를 설치해서 특정 물질에서의 굴절과 반사를 관찰할 수 있다. 물체의 굴절률은 마우스 오른쪽 버튼을 누르고 ‘메터리얼’ 설정에 들어가면 변경할 수 있다.
(20) 트레이서 툴(E)
물체의 궤적을 기록할 수 있다. 트레이서 위에서 마우스 오른쪽 버튼을 누르고 소멸 시간과 두께 등을 설정할 수 있다.
(21) 텍스처 툴(U)
물질의 재질을 회전하고 이동하는 툴이다.
물체 특징 설정하기
각 툴을 사용해서 원하는 물체를 만들었다면, 해당 물체 위에서 마우스 오른쪽 버튼을 눌러 그에 대한 다양한 설정을 변경할 수 있다.
(1) 액체화/Spongify
이름 그대로 물체를 같은 부피의 액체로 만들거나 탄성을 지니게 할 수 있다.
(2) 색상/외관
물체의 색상 및 테두리, 또는 속도, 운동량과 같은 벡터를 시각화할 수 있다.
(3) 메터리얼
물체의 재질이나 밀도, 마찰계수, 반발계수, 인력 등을 조절할 수 있다.
(4) 속도
각 방향 성분 속도나 각속도를 설정할 수 있다.
(5) 충돌 레이어
물체를 각각 다른 레이어에 배치하여 서로 충돌할 물체를 결정한다.
(6) 도형 액션
트레이서 설치나 회전축 설치, 배경에 고정 등을 할 수 있다.
필요한 피직스 2019 봄호
작성자 : 18-094 이윤지
분야 : 물리교육
이미지 :
[1] 자체 제작됨
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