보이드 무리 짓기 (Boids)

한 마리 한 마리는 딱 3가지 규칙만 본다. 리더도, 전체 계획도 없다. 그런데 화면 전체에서는 살아 있는 새 떼처럼 보인다 — 이것이 창발(emergence)이다.

1. 규칙 3개

각 보이드는 자기 주변 지각 반경(perception radius) 안에 있는 이웃만 본다. 그 이웃들을 보고 세 방향의 조향력(steering force)을 계산해 더한다.

2. 직접 만져보는 새 떼

세 규칙의 가중치를 바꿔 보라. 분리만 크면 서로 밀어내 흩어지고, 응집만 크면 한 점으로 뭉친다. 셋이 균형을 이룰 때 비로소 "떼"가 된다.

3. 한 보이드가 매 프레임 하는 일

1. 지각 반경 안의 이웃을 모은다 (없으면 그냥 직진).
2. 분리 가까운 이웃일수록 강하게, 그 반대 방향 벡터를 합산.
3. 정렬 이웃 속도의 평균을 구해, 그 방향으로 조향.
4. 응집 이웃 위치의 평균(무게중심)을 구해, 그쪽으로 조향.
5. 세 힘에 가중치를 곱해 더하고 가속도로 삼는다.
6. 속도 += 가속도, 속도를 최고 속도로 제한(clamp), 위치 += 속도.

이웃마다 거리를 재므로 소박하게 짜면 O(n²)다. 개체가 많아지면 공간 격자나 쿼드트리로 "근처 칸"만 검사해 O(n)에 가깝게 줄인다.

코드로 보는 핵심

function flock(b, boids, r, wSep, wAli, wCoh, maxSpeed, maxForce) {
  let sep = {x:0,y:0}, ali = {x:0,y:0}, coh = {x:0,y:0}, n = 0;

  for (const o of boids) {
    if (o === b) continue;
    const dx = b.x - o.x, dy = b.y - o.y;
    const d = Math.hypot(dx, dy);
    if (d > 0 && d < r) {
      sep.x += dx / (d*d);  sep.y += dy / (d*d);   // 가까울수록 강하게 밀어냄
      ali.x += o.vx;        ali.y += o.vy;          // 이웃 속도 합
      coh.x += o.x;         coh.y += o.y;           // 이웃 위치 합
      n++;
    }
  }
  if (n === 0) return;

  ali.x /= n; ali.y /= n;                           // 평균 속도
  coh.x = coh.x/n - b.x; coh.y = coh.y/n - b.y;     // 무게중심으로의 방향

  const acc = {
    x: wSep*unit(sep).x + wAli*unit(ali).x + wCoh*unit(coh).x,
    y: wSep*unit(sep).y + wAli*unit(ali).y + wCoh*unit(coh).y
  };

  b.vx = clampMag(b.vx + acc.x, maxSpeed);
  b.vy = clampMag(b.vy + acc.y, maxSpeed);
  b.x += b.vx; b.y += b.vy;
}

unit()는 벡터를 길이 1로, clampMag()는 길이 상한을 씌운다. 실제 구현은 각 규칙에도 maxForce로 조향력 상한을 둬 급회전을 막는다.

규칙을 더 얹으면