Физика компьютерной анимации или физика игр включает введение законов физики в симулятор или игровой движок , особенно в трехмерную компьютерную графику , с целью сделать эффекты более реалистичными для наблюдателя. Обычно физика моделирования является лишь близким приближением к реальной физике, и вычисления выполняются с использованием дискретных значений. Кроме того, игры могут намеренно отклоняться от реальной физики для игровых целей; Типичный пример - это возможность сделать двойной прыжок, когда не с чего прыгать, или изменение значений определенных физических параметров, таких как сила тяжести.
Есть несколько элементов, которые образуют компоненты физики моделирования, включая физический движок , программный код, который используется для моделирования ньютоновской физики в среде, и обнаружение столкновений , используемое для решения проблемы определения момента пересечения любых двух или более физических объектов в среде. пути друг друга.
Физические симуляции
Существует два основных типа моделирования физики : симуляторы твердого тела и симуляторы мягкого тела . В моделировании твердого тела объекты сгруппированы по категориям в зависимости от того, как они должны взаимодействовать, и менее требовательны к производительности. Физика мягкого тела предполагает моделирование отдельных частей каждого объекта, чтобы он вел себя более реалистично. [1]
Системы частиц
Распространенным аспектом компьютерных игр, моделирующих какой-либо тип конфликта, является взрыв. В ранних компьютерных играх использовался простой прием повторения одного и того же взрыва в любых обстоятельствах. Однако в реальном мире взрыв может варьироваться в зависимости от местности, высоты взрыва и типа ударяемого твердого тела. В зависимости от доступной вычислительной мощности эффекты взрыва могут быть смоделированы как расколотые и раздробленные компоненты, приводимые в движение расширяющимся газом. Это моделируется с помощью моделирования системы частиц . Модель системы частиц позволяет моделировать множество других физических явлений, включая дым , движущуюся воду , осадки и так далее. Отдельные частицы в системе моделируются с использованием других элементов правил физического моделирования с ограничением, заключающимся в том, что количество частиц, которые можно моделировать, ограничивается вычислительной мощностью оборудования. Таким образом, взрывы, возможно, необходимо моделировать как небольшой набор крупных частиц, а не как более точное огромное количество мелких частиц. [2]
Физика рэгдолла
Это метод процедурной анимации и моделирования для отображения движения убитого персонажа. Он рассматривает тело персонажа как серию жестких костей, соединенных шарнирами в суставах. Имитация моделирует то, что происходит с телом, когда оно падает на землю. Более сложные физические модели движения существ и взаимодействий при столкновениях требуют большей вычислительной мощности и более точного моделирования твердых тел, жидкостей и гидродинамики. Смоделированные шарнирные системы могут затем воспроизводить эффекты скелета , мышц , сухожилий и других физиологических компонентов. [3] Некоторые игры, такие как Boneworks и Half-Life 2 , применяют силы к отдельным суставам, что позволяет тряпичным куклам двигаться и вести себя как гуманоиды с полностью процедурной анимацией. Это позволяет, например, сбивать врага с ног или захватывать каждый отдельный сустав и перемещать его, и анимация на основе физики будет адаптироваться соответствующим образом, что было бы невозможно с обычными средствами. Этот метод называется активными тряпичными куклами и часто используется в сочетании с обратной кинематикой .
Снаряды
Снаряды, такие как стрелы или пули, часто летят с очень высокой скоростью. Это создает проблемы со столкновениями - иногда снаряд летит так быстро, что просто проходит мимо тонкого объекта, даже не обнаружив, что он столкнулся с ним. Раньше это было решено с помощью ray-casting , который не требует создания физической пули. Однако простое попадание луча в том направлении, куда направлено оружие, не особенно реалистично, поэтому современные игры часто создают физический снаряд, на который может воздействовать гравитация и другие силы. Этот снаряд использует форму непрерывного обнаружения столкновений, чтобы убедиться, что вышеупомянутая проблема не возникает за счет снижения производительности, поскольку для выполнения такой задачи требуется больше вычислений.
Такие игры, как FIFA 18, требуют правильной физики снарядов для таких объектов, как футбольный мяч. В FIFA 18 от разработчиков требовалось исправить код, связанный с коэффициентом лобового сопротивления, который был неправильным в предыдущих играх, что привело к гораздо более реалистичному моделированию реального мяча. [4]
Книги
- Эберли, Дэвид Х. (2003). Физика игр . Морган Кауфманн. ISBN 978-1-55860-740-8.
- Миллингтон, Ян (2007). Разработка игрового движка с физикой . Морган Кауфманн. ISBN 978-0-12-369471-3.
- Бург, Дэвид М. (2001). Физика для разработчиков игр . O'Reilly Media. ISBN 978-0-596-00006-6.
- Зауэр, Габор (2017). Поваренная книга по игровой физике . Packt Publishing. ISBN 978-1787123663.
- Конгер, Дэвид (2004). Физическое моделирование для программистов игр . Курс Технологии PTR. ISBN 978-1592000937.
Смотрите также
Рекомендации
- ^ Рейли, Люк (30 сентября 2013 г.). «Самый впечатляющий физический движок, который вы никогда не видели» . IGN . Проверено 1 декабря 2013 года .
- ^ ван дер Бург, Джон (23 июня 2000 г.). «Построение продвинутой системы частиц» . Гамасутра . Проверено 1 декабря 2013 года .
- ^ Браун, Эрик (29 января 2009 г.). "Физика Рэгдолла на DS" . Гамасутра . Проверено 1 декабря 2013 года .
- ^ Шает, Джулианна (27 сентября 2013 г.). «Бегство: как футбольная видеоигра FIFA 14, наконец, получила правильную физику» . Scientific American . Проверено 6 марта 2018 .
Внешние ссылки
- «Математика и физика» . GameDev . Архив. Архивировано из оригинального 22 февраля 2011 года.
- «Список физических двигателей» . База данных . Цифровая руна. 30 марта 2015 г. [2010]. Архивировано из оригинала 9 марта 2016 года.