Что такое физика в играх
Физика в компьютерных играх. Как и с помощью чего реализуется?
Разработка современных компьютерных игр — это довольно сложный процесс. Разработчикам игр приходится постоянно контролировать баланс между физическими и механическими свойствами игровых персонажей. Так как механика и физика в компьютерных играх должны максимально передавать реалистичность всего происходящего, чтобы у геймеров был интерес играть в эту игру.
Реалистичная механика и физика для разработчиков компьютерных игр — это колоссальный труд, который может продолжаться в течение нескольких лет в больших игровых проектах. Это очень важная часть современных игр, которой нужно уделять много времени.
Качественная физика в компьютерных играх сегодня воспринимается как норма. И если что-то отклоняется от реалистичности, то это сразу замечают. Но мало кто осознает, сколько времени нужно потратить программисту, чтобы достичь нужного результата:
чтобы при прыжке персонаж возвращался на землю, а не улетал в небо;
чтобы трава мялась, когда на нее наезжаешь или наступаешь;
чтобы персонаж ходил и бегал естественно;
Все эти моменты — это часы работы на д программным кодом.
Физика в компьютерных играх
Самое интересное, что физика в компьютерной игре не может соответствовать физике из реальной жизни на 100%. Игра — это возможность отдохнуть и приятно провести время. Представьте на секунду, если бы в гонках автомобили вели себя как настоящие и при первой же аварии невозможно было бы продолжать игру, так как многие аварии в игре — это фатальные аварии из реальной жизни. И при каждо й такой аварии приходилось бы начинать играть сначала. Вряд ли бы кто-то играл в такие гонки. Но при этом важно, чтобы автомобиль вел себя как в реальной жизни:
«шлифовал» на старте;
реагировал на переключение коробки передач;
разгонялся и тормозил, как настоящий автомобиль;
Поэтому физика для разработчиков компьютерных игр — это постоянное соблюдение баланса между максимальной реалистичностью и сохранением интереса к игре.
Виды физики в компьютерных играх
Условно физика для разработчиков компьютерных игр разделяется на несколько основных направлени й :
деформация тел в игре.
Физика твердых тел
Когда мы говорим : « Ф изика в компьютерных играх», то чаще всего подразумеваем именно этот раздел физики в играх. Например, поведение описанного выше мяча — это физика твердых тел в компьютерных играх.
Она подразумевает соблюдение у объектов в игре законов:
воздействия других объектов на какой-то объект;
Физика в 3D-проектах
Физика в 3D-проектах намного сложнее физики 2D-игр, при том что и там и там часто используются одни и те же законы поведения игровых объектов. 3Д усложняется тем, что при разработке таких игр добавляется еще одно пространственное измерение — ось Z. В 2D, как мы знаем, только две оси — X и Y. Поэтому 2Д-игры проектировать проще, так как продумывать нужно небольшое количество взаимодействий между объектами.
суставы на руках и ногах,
пальцы на руках и ногах,
температура воздуха при выстреле;
скорость и направление ветра;
угол вхождения пули;
Физика мягких тел
То есть к «мягким телам» относятся все объекты игры, которые могут изменять свое состояние при воздействии на них внешних сил.
Давайте представим, что все объекты в игре состоят из множества точек. В этом случае «точки» «твердого тела» всегда будут располагаться на одинаковом расстоянии друг от друга. А «точки» «мягкого тела» будут то отдаляться, то приближаться, меняя расстояние между собой.
Физика «мягких тел» в компьютерной игре на данный момент сильно упрощена, так как требует серьезных расчетов, чтобы добиться максимально реалистичного эффекта.
Деформация тел в игре
Почему для всех «мягких тел» не применяют такой подход? Потому что расчет такой деформации — это серьезная нагрузка на процессор и видеокарту вашего компьютера, так как это сложные математические вычисления. И если представить, что все «мягкие тела» реализованы в таком подходе, то ваш компьютер просто не выдержит нагрузки.
Поэтому задумано так: когда «мягкий объект» является центром внимани я — применяют расчет деформации, когда «мягкий объект» является второстепенным планом, то применяют простое зацикливание его движений.
Заключение
Физика в компьютерных играх — это сложное соблюдение баланса и поиск «золотой середины», поэтому требует от разработчиков серьезной подготовки и профессионализма. Только качественный движок для игр и «прямые» руки разработчика могут достичь этого необходимого баланса.
Мы будем очень благодарны
если под понравившемся материалом Вы нажмёте одну из кнопок социальных сетей и поделитесь с друзьями.
Позовите Ньютона! Обработка физических процессов в играх
Все началось с того, что компания 3dfx в 1997 году представила ускоритель трехмерной графики Voodoo (историю славной 3dfx вы могли читать в «Игромании» №104, в рубрике «Антикварная лавка»). Voodoo не была полноценной видеокартой — она лишь ускоряла обработку 3D. С тех пор утекло много воды. Современная видеокарта представляет собой мощнейшую подсистему компьютера. Основная цель, к которой разработчики видеокарт стремятся уже не первый год, — фотореалистичность изображения. Теоретически в недалеком будущем мы сможем насладиться кинематографической картинкой у себя на мониторе. Но когда этот момент действительно наступит — неизвестно.
Разработчики игр только рады, что частоты и количество конвейеров растет, выдавая на-гора все более и более навороченные трехмерные движки. Но что толку от реалистичной картинки и ярких спецэффектов без вменяемой физики? Только пшик. Невозможно сделать модель человека «как в жизни» без красиво развивающихся на ветру волос, изгибающихся складок на одежде. Мир большинства современных игр абсолютно безжизнен — даже здания не разрушаются.
Физика в играх появилась уже давно, но прежде ее расчетом занимался исключительно центральный процессор. Благо его ресурсов достаточно для просчета движения пары ящиков и шести пустых банок.
Теперь представьте себе сложенные пирамидой бревна. Если задеть самое верхнее из них, импульс по цепочке передастся остальным. С некоторой долей вероятности вся пирамида развалится. Хорошо, когда таких бревен 100—150, но что делать, если их 10 000 или даже больше? А если учесть, что на каждое бревно действует сила тяжести и с десяток других законов механики, бревна соударяются, меняя траекторию полета, некоторые ломаются при ударе о землю. Любой современный процессор начнет тормозить. Его вины в этом нет — он предназначен для других задач. К тому же у него и так работы хватает.
Свято место пусто не бывает, и в индустрии появились люди, которые начали искать решение этой проблемы.
AGEIA PhysX
Под неказистым внешним видом скрывается мощнейший физико-математический агрегат AGEIA PhysX.
AGEIA предложила проект PhysX — дискретную плату, устанавливаемую в слот PCI. Она целиком и полностью предназначена для расчета физики, ничего другого делать не умеет. Карта представляет текстолит с 130-нм ядром, содержащим 125 млн транзисторов, 128/256 Мбайт памяти типа GDDR3 на борту и 128-битной шиной памяти. Слово «ядро» взято в кавычки, так как разработчики утверждают, что PhysX оперирует сотнями независимых ядер. Основным преимуществом AGEIA перед любой видеокартой является внутренняя пропускная способность, которая составляет 2 Тбайт/с, тогда как самые быстрые видеокарты обеспечивают не более 350 Гбайт/с.
Увы, физические спецэффекты в играх не появятся сами по себе после покупки карты PhysX. Чтобы насладиться красивыми взрывами и анимацией, разработчики игр должны проделать адскую работу. Дабы облегчить программирование спецэффектов для PhysX, компания приобрела программный движок Novodex, который служит интерфейсом между игрой и обработчиком физики. На его основе был создан пакет PhysX SDK, позволяющий прописывать физические спецэффекты в нужных местах игры. Но этого тоже мало — нужно еще убедить как можно больше разработчиков, что именно за PhysX будущее.
На базе игры CellFactor была сделана технодемка AGEIA.
Пока у AGEIA это получается — PhysX SDK использовался при разработке многообещающих движков будущего: например, Unreal 3.0 (Unreal Tournament 2007, Gears of War), Reality Engine (CellFactor) и Gamebryo (The Elder Scrolls 4: Oblivion). Мы вправе ожидать, что на основе Unreal 3.0 в будущем мы увидим множество новых хитов.
Что может предложить AGEIA PhysX в плане спецэффектов? Например, расчет твердых тел (не деформирующихся при ударе) в разумных количествах (20—30 в кадре) мы можем увидеть в любой современной игре, но PhysX способна совершить качественный скачок: как насчет того, что количество подобных объектов возрастет до 30 000? Добавим сюда еще мягкие (деформируемые) тела и разного рода жидкости (флюиды). Если перейти с абстрактного языка на более предметный, то PhysX обещает нам реалистичные взрывы, воду, ткань, волосы. В общем, все то, чего не хватает в современных играх. Это в идеале, но вряд ли мы увидим в ближайшее время полностью интерактивные виртуальные миры.
В тот момент, когда вы будете держать этот номер журнала в руках, карту AGEIA PhysX, скорее всего, уже можно будет купить в России. Самым главным минусом на пути к реалистичной физике является цена. За карточку просят аж $300. На наш взгляд, это чересчур много, учитывая тот факт, что поддерживается она лишь в нескольких играх. В интересах самой AGEIA снизить цену, ну да оставим это на совести маркетологов.
На данный момент доступна лишь одна игра с поддержкой PhysX — Tom Clancy’s Ghost Reckon: Advanced Warfighter. Последние тесты показали, что код игры еще не отточен и с включенным аппаратным ускорением физики игра сильно тормозит. Причинами тому могут быть сырость программного обеспечения или низкая пропускная способность шины PCI (133 Мбайт/с). Первый вариант выглядит более вероятным — быть может, новые патчи исправят проблемы. Несмотря на такой обескураживающий старт, мы считаем, что физические спецэффекты, которые стали возможны благодаря использованию PhysX, стоят того.
Готовы ли вы отдать одну из этих дорогих видеокарт исключительно под обработку физики?
Самым популярным физическим движком среди разработчиков игр на данный момент является Havok (полное название — Havok Game Dynamics SDK). До некоторого момента все физические спецэффекты рассчитывались силами центрального процессора, но с таким подходом можно реализовать лишь скучную ragdoll-анимацию да резиновые ящики, пружинящие от стен. Безусловно, сама Havok не имела никакого морального права почивать на лаврах, учитывая неплохой старт AGEIA с ее PhysX SDK. Ответ получил имя Havok FX.
Последняя версия движка может стать неплохой альтернативой PhysX. Havok FX претерпел множество изменений. Среди новых возможностей мы отметим поддержку динамики флюидов, расчет повреждений и частиц, реалистичных волос. Негусто, в этом и заключается основное отличие программного движка от продукта AGEIA — первый умеет работать только с eye candy (англ. «красивости»), тогда как PhysX рассчитывает все, что связано с физикой.
Никто и не подумал бы поднимать столько шума из-за еще одного программного интерфейса, если бы не одно «но»: для обработки «красивостей» Havok FX будет использовать графическую карту. Таким образом, отпадает необходимость покупать отдельную плату (PhysX), а также нагружать процессор и без того перегруженную системную шину — все вычисления будут производиться не отходя от кассы.
Посмотрев на союз NVIDIA и Havok, компания ATI не смогла воздержаться от комментариев. Представитель канадской компании заявил, что все видеокарты Radeon, начиная с Radeon 9700, умеют считать массивы вершин. Это примерно та же операция, которая используется в PhysX. У видеокарт последнего поколения (Radeon X1900) достаточно мощности, чтобы рассчитывать физику наравне с графикой. Возможность делать это может быть активирована на уровне драйверов — так же, как и у NVIDIA. Есть слухи о том, что ATI планирует разработать собственный низкоуровневый интерфейс, который позволит разработчикам реализовать спецэффекты в играх, но это вряд ли. А вот мудрствовать с продвижением технологии CrossFire канадская компания не собирается — физику сможет обрабатывать как единственная видеокарта (динамически распределяя ресурсы), так и одна из двух в режиме CrossFire, при этом необязательно покупать две топовых карточки!
ATI утверждает, что все их современные видеокарты могут рассчитывать и физику, и графику.
Туманное будущее
Как видите, в индустрии царит хаос и неопределенность. AGEIA со своим PhysX и PhysX SDK кричат одно, NVIDIA с Havok FX — совсем другое, ATI же идет своим путем. Без вмешательства всемирного стандартизатора по имени Microsoft, похоже, не обойтись. Пока не будет создан единый программный интерфейс для DirectX, который позволит всем разработчикам писать унифицированные эффекты, ускорение физики в играх будет использоваться постольку поскольку.
Пока рано что-либо советовать. Из отмеченных в статье компаний только AGEIA представила на суд публики свой продукт. Более того, компания получила поддержку ряда разработчиков, а это главное.
Физика в играх
Работа призёров конкурса проектов и исследований «Инженеры будущего» открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Прикладная физика» среди работ учащихся 10–11 классов
Актуальность
Тема физики в компьютерных играх актуальна, потому что игроки хотят, чтобы игра была максимально реалистичной. Знание законов физики поможет игрокам в построении стратегий для прохождения уровней с большей лёгкостью.
Для сохранения интереса к изучению физики можно разработать задачи с использованием видеофрагментов игр. Это позволит более заинтересовать учащихся, дав им возможность посмотреть на компьютерную игру с другой стороны, увлечь, заинтересовать их в освоении науки физики.
Цель
Разработать задачи по темам раздела физики «Механика» для использования их на уроках, повышения мотивации учащихся при изучении тем. Рассмотреть на примерах компьютерных игр случаи, когда физические явления из реального мира проявляются в игре.
Задачи
Оснащение и оборудование, использованное при создании работы
Описание
Авторами была собрана информациях об играх World Of Tanks, Mirror’s Edge и Angry Birds. Проведён опрос об актуальности выбранной темы проекта. Исследованы фрагменты игр, связанные с физическими процессами.
Затем с использованием материалов игры составлены задачи и доказана реальность игровых моментов.
Участники проекта разработали буклет с оформленными задачами, разработанными при анализе видеофрагментов.
Результаты работы/выводы
При разработке темы проекта мы выяснили, что без физики вообще никуда, даже на досуге при игре на компьютере возникает необходимость анализа игровой ситуации, знания законов физики позволяют правильно смоделировать стратегию игры. От качества полученных знаний зависит успех игры, важно чётко дать понять игрокам в команде, на что им рассчитывать.
Разработанные нами задачи могут быть успешно реализованы на уроках физики в 9 и 10 классах, на занятиях по дополнительному образованию. Это позволит сильнее мотивировать юных игроков на изучение предмета и в дальнейшем составлять новые задачи, используя сюжеты игры.
Перспективы использования результатов работы
Разработанные задачи могут быть использованы на уроках и на занятиях дополнительного образования. Материалы проекта могут показать иной подход в изучении других разделов физики, увеличить мотивацию к изучению предмета. Учащиеся смогут самостоятельно разобрать игры, составить задачи по другим темам предмета. Это позволит им проявлять инициативу, развивать аналитические способности, мыслить в другом направлении, создавать математические модели, выполнять практические расчёты. На фрагментах игры Garry’s Mod можно разработать задачи по теме «Электромагнитное поле». На основе игры Singularity можно составить задачи по теме «Квантовая физика».
Награды/достижения (в каких конкурсах и с какими результатами выставлялась ранее эта работа)
Открытая московская инженерная конференция школьников «Потенциал»-2021 – участник.
Что такое физика в играх
Физика в компьютерных играх
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
О видеоиграх большинство из нас знают еще с самого детства: мы или наши родители играли в них на компьютерах, телефонах, различных приставках. Качество современных игр изменилось со временем. Во многом серьезного прогресса добились благодаря физике, перенесенной из реального мира в компьютер.
Рассмотреть на некоторых примерах из компьютерных игр случаи, когда физические явления из реального мира проявляются в игре как элементы геймплея или графики, и с помощью законов физики доказать реалистичность или не реалистичность этих процессов.
Найти информацию о игровой физики.
Рассмотреть случаи физических явлений в играх.
Доказать, если это возможно, с помощью физических законов реального мира.
Провести небольшой опрос и составить диаграммы о знании людей о физике в компьютерных играх.
Физика в играх призвана воспроизвести в игре физические законы и возникающие под их воздействием процессы, чтобы заставить игрока поверить в реальность происходящего на экране. Словосочетанием «игровая физика» родилось не в 1962 году, а в 1998 с выходом игры Jurassic Park: Trespasser.
Для моделирование игры: необходимосоздание модели для описания физического явления. Нужно набить руку, для того, чтобы достаточно быстро осознать какие факторы влияют на данный физический процесс. Из них нужно выделить те, которые являются основными, а какими можно и нужно пренебречь. Почему чем-то нужно пренебрегать? Дело в том, что все учесть невозможно и бессмысленно. Например, моделируя падение камня на землю с высоты одного метра, явно можно пренебречь изменением ускорения свободного падения с высотой, а также притяжением луны и другими факторами. Моделируя же приливы и отливы, притяжением луны пренебречь нельзя, так как оно является основным фактором. Кроме того, физика в игре должна подчеркивать какие-то особенности.
Мы провели опрос среди учащихся и вот какие результаты получены (приложение 1). В опросе участвовало 100 чел
Анализируя результаты опроса, мы убедились, что выбранная тема –актуальна.
Физика в играх призвана воспроизвести в игре физические законы и возникающие под их воздействием процессы, чтобы заставить игрока поверить в реальность происходящего на экране.
Законы, которые придумывают для элементов игры, делят на физику твердого и мягкого тела. Первая активно используется в 2D и 3D играх и относится практически ко всем моделям. Вторая максимально упрощается из-за сложности реализации, потому что демонстрирует результат воздействия внешних сил на объект, например, поведение плаща главного героя, который развевается на ветру.
У игровой физики много задач, но самая главная – это сделать игру интуитивно понятной и увлекательной
В сентябре 2011 года в тематическом парке «Window of the World» в Чанше, Китай, открылся нелицензионный аттракцион Angry Birds. Посетители парка должны использовать большую рогатку, чтобы запускать чучела персонажей птиц в зеленые воздушные шары, которые представляют свиней
В июне 2013 года Rovio и НАСА открыли тематический парк Angry Birds Space в Космическом центре Кеннеди под названием «Angry Birds Space Encounter» В нем представлены различные возможности видеоигры Angry Birds Space, такие как создание персонажей и стрельба по свиньям. Аттракцион был открыт также в Космическом центре Хьюстона.
Использую игры можно предложить на уроке в теме «Решение задач на применение законов Ньютона» решить задачу.
Ведро висит на верёвке привязанной к гвоздю, вбитому в стенку, и угол между верёвкой и стенкой 15 градусов. Определите силу натяжения верёвки и силу, с которой ведро действует на стенку, если масса ведра 12кг. Массой верёвки и трением между ведром и стенкой пренебречь.
Условие равновесия для ведра
Спроектируем это уравнения на оси координат
На ось OY : Tcos α- mg =0
N-Tsin α =0 => N= sin α
Ответ: Т=123,7Н, N =32,2Н
Тема «Решение задач по теме «Законы сохранения механической энергии».
Несколько камней скатываются с наклонной плоскости из состояния покоя.
Последний Камень движется по деревянной поверхности. Высота наклонной плоскости H =1,2м и длина l =4м.Определите скорость камня в конце наклонной плоскости, если коэффициент трения μ=0,2. На каком расстоянии от основания обрыва упадёт камень, если высота обрыва h =3м? g =10м/с². При рассмотрении движения последнего камня, принять условие, что остальные камни не мешают его движению
Дальность полёта камня:
l = Vcos α t =2,97×0,95×0,69=1,9м
Ответ: v =2,97м/с; l =1,9м.
Что такое паркур в реальной жизни? Парку?р (от фр. parcours) — искусство рационального перемещения и преодоления препятствий с использованием прыжковых элементов, как правило, в городских условиях. Что такое паркур в Mirror’s Edge? Ну, тоже самое. Насколько же он достоверен?
Балансировка и подтягивания выглядят правдоподобно, использую фрагмент игры можно предложить на уроке в теме «Равновесие сил» решить задачу.
Балка массой 100кг и длиной 5м лежит на двух опорах. Определите силы давления на каждую из опор, когда человек массой 60 кг находится на расстоянии 3м от одного из концов.
По условию равновесия тел векторная сумма сил действующих на тело равны нулю.
В проекции на ось OY
Запишем правило моментов сил относительно точкиО
Ответ : N?=740 Н N? = 860 Н.
До какой скорости нужно разбежаться человеку чтобы перепрыгнуть с одного здания на другое, если расстояние между ними 2м, а второе здание ниже на 2,5м чем здание на котором находится человек.
Ответ: скорость человека должна быть больше чем 2,86м/с
На сегодняшний день в игре World Of Tanks зарегистрировано порядка 80 миллионов человек, а 19 декабря 2014 года был поставлен очередной рекорд — 1 114 000 игроков онлайн.
Интерес к игре обусловлен
Разработчики очертили временные рамки: в игре должны появляться машины, выпущенные с 1930 по 1950 год. На первом уровне игрок получает самый простой легкий танк в древе СССР – это МС-1.«Танки» – не банальный шутинг, в игре есть место тактике и стратегии, важно создать сплоченную команду и действовать заодно.Чтобы соблюсти исторические факты и сделать игру по законам физики и баллистики, разработчики привлекли экспертов.
Проверим выполняются ли законы физики на задачах взятых из игры.
На тему «Движение под действием силы тяжести в случае, когда начальная скорость направлена под углом у горизонту»
Из танка Т-34-85 делают выстрел в горизонтальном направлении ВЫСОТА ПУШКИ ОТ ЗЕМЛИ 2,5м скорость вылета снаряда 800м/с. Определите дальность полета снаряда. Сопротивлением воздуха пренебречь.
Что такое игровая физика и какие виды бывают
Разработка игр очень сложный и продолжительный процесс. Создателям приходится долгое время искать баланс между механикой и физикой, чтобы поведение моделей в проекте выглядело максимально реалистично. Необходимо прописывать огромные сводки правил, чтобы все элементы в виртуальном мире напоминали нам реальную жизнь. Эти законы могут быть прописаны как парой строчек кода, так и миллионами указаний, которые программисты пишут годами. В этой статье разберемся, что такое игровая физика и какие ее разновидности существуют.
Как создаются видеоигры от идеи до продажи
Сегодня качественную физику в играх игроки принимают как должное. Они даже не понимают, что над каждым элементом трудятся десятки часов, чтобы он двигался как в реальной жизни. Банальный пример: если персонаж осуществил прыжок, то он должен приземлиться на землю, а не отправиться куда-то в стратосферу. Казалось бы, все просто, но нет. Даже такие элементарные правила приходится описывать длительное время.
Именно поэтому законы, которые придумывают для элементов игры, делят на физику твердого и мягкого тела. Первая активно используется в 2D и 3D играх и относится практически ко всем моделям. Вторая максимально упрощается из-за сложности реализации, потому что демонстрирует результат воздействия внешних сил на объект, например, поведение плаща главного героя, который развевается на ветру.
Зачем в играх нужна физика?
У игровой физики много задач, но самая главная – это сделать игру интуитивно понятной и увлекательной. Когда объекты ведут себя непонятно, то геймер не понимает правила игры. Например, если во время удара мяча в FIFA он будет прыгать в разные стороны, то вряд ли у вас получится забить гол. Именно поэтому поведение мяча реализуется с учетом силы удара, скорости тела и траектории. Благодаря этому игрок легко понимает правила игры и знает, что делать, чтобы забить гол. К слову, в FIFA 20 создатели наворотили с физикой таких делов, что получили тысячи негативных отзывов только из-за кривой физики движения футболистов и мяча.
При этом в каких-то моментах разработчикам не нужно воссоздавать законы физики из реальной жизни, потому что они помнят, что игра – это еще и веселье, она должна быть увлекательной. Только представьте GTA V с реальной физикой. В такой ситуации любая авария становилась бы для главного героя фатальной, и нужно было раз за разом проходить одну и ту же миссию или по десять раз возрождаться возле медпункта и снова бежать в нужную точку.
Яркий пример — это гоночные симуляторы и аркадные гонки. Например, в сериях Forza Motorsport и Gran Turismo игроку предлагают реалистичное управление машиной. Он сразу понимает, чего ждать от проекта, и покупает его, если хочет ощутить себя за рулем реального автомобиля. В то же время серия Need for Speed – это аркадная гонка, где резкие повороты и касание препятствий практически не влияют на управляемость транспортным средством. Игрок прекрасно понимает, что потеть во время заезда ему не придется, он кайфует от сеттинга, трасс и крутых тачек. Идеальный вариант, когда гонка изначально делается как симулятор, но в ней есть аркадный режим для тех, кто с автомобилями на «ВЫ».
Физика твердого тела в 2D играх
Теперь разберем разновидности физики в современных играх и начнем с той, что используется для твердых тел. Именно про нее чаще всего говорят, когда речь идет о физике, и ярким примером можно назвать тот самый мяч из FIFA. К тому же, в зависимости от количества измерений, в игре есть небольшие отличия.
Также стоит отметить, что от примитивных законов физики в 2D играх разработчики постепенно пришли к программированию гравитации, инерции и импульса. Впервые это появилось в Mario Bros, но в довольно топорном виде. Если бы веселый водопроводчик двигался по настоящим законам физики, то дальше первого обрыва никуда бы не убежал.
Как обстоят дела с физикой в 3D проектах?
С 3D физикой ситуация другая, потому что для ее реализации приходится делать больше вычислений, добавляется еще одно измерение – ось Z. При этом в 3D играх каждая модель состоит из набора твердых объектов, а не из одного, как в 2D. Именно поэтому часто возникают проблемы. Если в Марио нужно прописывать одно касание, например, он прыгает и кулаком бьет в блок из кирпичей. Во время прикосновения срабатывает команда, которая заставляет блок выплюнуть монетку. Монетка единожды касается Марио, он ее забирает, количество монет увеличивается. В 3D играх такое не прокатит. Возьмем, например, Tomb Raider, в котором Лара, когда забирается на скалу, касается ее одновременно руками и ногами. Все это твердые тела, которые взаимодействуют со скалой, а та в свою очередь состоит из десятков других твердых моделей.
В 3D проектах конечности персонажа состоят из нескольких твердых тел, которые соединяют суставами. Существует специальная система скелетной анимации, которая позволяет реализовать подобное. При этом все элементы, из которых состоит персонаж, еще и должны работать по определенному алгоритму. Сегодня их существует огромное количество, например, процедурная анимация использовалась в серии Medal of Honor, интегрирование Верле в Hitman, а для Halo и Half-Life применяют инверсную кинематику.
Если вы думаете, что серия Sniper Elite – это прям на 100% реалистичный симулятор стрелка, то очень сильно ошибаетесь. На самом деле игра упрощена до невозможности, во время выстрела не учитывается движение цели, температура воздуха, скорость и направление ветра, а также множество других факторов. Почему? Да потому что даже заядлым поклонникам реализма это не интересно. Никто не будет играть в подобное, поэтому геймеру лучше вообще не знать, что реальные снайперы учитывают все эти вещи, проще сделать реалистичный прицел и добавить пулю, которая летит в слоу-мо.
Мягкие тела в играх
К таким моделям в играх относятся волосы, одежда, вода, дым и многое другое. По сути, к этой категории можно отнести все элементы, которые могут деформироваться при воздействии внешних сил. Если представить, что твердое тело состоит из точек, то они всегда будут находиться на одном расстоянии друг от друга. Когда колесо движется, оно же не увеличивается в размерах, верно? А если представить, что мягкое тело состоит из точек, то во время движения или воздействия на него сторонних сил расстояние между ними будет меняться.
Даже сегодня реализация физики мягких тел сильно упрощена. Разработчики пытаются выдумывать новые подходы, чтобы получить достойный результат, но получается это далеко не всегда. Вся проблема в сложности создания физики мягких тел, и пока даже самые маленькие успехи, вроде поведения снега в Red Dead Redemption 2, уже считаются огромной победой.
Деформация виртуальных тел
Как правило, чтобы создать физику мягких тел, их перемещение ограничивают. Если такое тело состоит из точек – это значит, что расстояние между ними может меняться, но окончательно отделиться друг от друга у них не выйдет. Именно за счет ограничения и получается сделать более-менее реалистичную физику, но далеко не всегда. Разработчики, часто, используют зацикленную анимацию, но срабатывает она только для тех мягких тел, которые не в центре внимания. Если бы так делали физику, например, для плаща Бэтмана в серии Arkham, то вы бы уже давно заметили, что с ним что-то не так. Когда разработчики знают, что геймеры постоянно будут смотреть на игровой элемент или будут с ним взаимодействовать, то от трюков с зацикленной анимацией отказываются.
Основная проблема реализации физики мягких тел заключается в огромном количестве вычислений. Чтобы сделать все реалистично, нужно проводить миллионы операций в секунду, но процессор просто не выдержит такую нагрузку. Поэтому физику всячески упрощают, и в современных играх мы видим пик ее реализма, сделать лучше пока просто не дает железо.
Если подытожить, то можно сказать, что физика в видеоиграх до сих пор считается одной из самых сложных составляющих проекта. Разработчики регулярно пытаются ее сбалансировать, чтобы найти золотую середину между приемлемым количеством вычислений и реализмом. При этом создатели игр не забывают и о том, что проект должен быть интересным. Именно поэтому они используют различные уловки, которые, может, и идут в минус реализму, зато помогают дать больше мощности более интересным элементам геймплея.
Надеемся, что эта статья стала для вас полезной, и вы узнали что-то новое об игровой физике. Если хотите углубиться в тему, то можете почитать документацию к таким игровым движкам, как Unity и Unreal Engine 4, у них есть огромные разделы про физику в играх, где все расписано более подробно.