Construire des moteurs de physique réaliste: comment simuler le monde réel dans des environnements virtuels

L'importance de la physique dans les mondes virtuels

Ce n'est pas un petit travail pour créer des expériences numériques immersives. Une fois que les joueurs sont entrés dans le jeu, ils exigent les interactions qui ont l'impression d'être réelles. La façon dont les objets tombent, entrent ou réagissent aux forces est ce qui fait l'expérience. Que le monde numérique soit une aventure en monde ouvert ou une simulation VR, un moteur physique qui est le plus avancé est l'élément clé pour s'assurer que le monde numérique se rapproche le plus possible de la réalité. Le moment où la physique du jeu a secoué le monde avec de simples approximations et des animations scénarisées est révolue depuis longtemps. Aujourd'hui, les moteurs utilisés peuvent le faire de manière beaucoup plus dynamique, et ils se concentrent beaucoup plus sur la simulation des lois de la physique. Le développement de jeux dans Unity, par exemple, permet aux développeurs de créer des interactions basées sur la physique complexes avec des outils qui simplifient le réalisme sans sacrifier les performances.

Le fondement de la physique réaliste

Une fois que le fondement de la simulation de la physique réelle est posée numériquement, il devient plus facile à construire. Il commence avec l'application des mécanismes newtoniens correctement, comme les forces, l'élan, les collisions, etc. Chaque mouvement d'un jeu est déterminé par un ensemble de calculs qui indiquent comment les objets interagissent les uns avec les autres. La durabilité d'un matériau ne peut être acquise que par un ensemble grave de calculs qui garantissent que les objets se comportent comme des vrais. Les entités physiques qui sont réalistes, cependant, doivent également prendre en compte plusieurs facteurs environnementaux externes tels que la résistance au vent, les matériaux de surface et la distribution du poids. Les moteurs de jeu comme Unity offrent la possibilité d'utiliser des simulations de physique intégrées, mais les faire se comporter comme dans le monde réel nécessite beaucoup d'expertise.

Détection et réponse des collisions

L'une des choses les plus difficiles du processus de simulation de la physique consiste à faire face aux collisions. Le système doit avoir une façon très précise de savoir quand deux objets se touchent et comment ils se déplacent en réponse. Il existe plusieurs types de détection de collision comme, des vérifications de boîtes de délimitation, Raycasting, etc., mais les tests de collision basés sur le maillage sont les moyens les plus courants. Pour être spécifique, le moteur devrait bien fonctionner que le calcul peut être moins une tâche en raison des détections de collision bien organisées. En outre, les détections de collision à haute précision consomment moins de puissance du CPU.

Par exemple, dans la réalité virtuelle, où la manipulation directe avec les objets est courante, la réponse de collision doit être exacte afin d'empêcher toute animation maladroite de se produire. C'est pourquoi de nombreuses entreprises recherchent les soi-disant maîtres VR - ceux qui peuvent les calibrer dans les plus petits détails. Un succès inexact avec les problèmes de combat mortel peut être suivi par des échecs répugnants où des objets au lieu du mur et des personnages flottent ou atterrissent de manière peu orthodoxe.

Dynamique corporelle rigide et simulations de corps souples

Les outils de physique sont normalement conçus pour débrangler divers types d'objets avec l'utilisation d'un corps rigide (RBD) et de simulations de corps souples. La dynamique corporelle rigide est axée sur des objets qui ne peuvent pas se déformer, comme une voiture, une arme ou n'importe quel meuble. En revanche, les simulations de corps mous permettent aux praticiens d'avoir des objets même au niveau moléculaire -eg, en tissu, en gelée ou en caoutchouc - réagissez dynamiquement à toute force et déformation. La complication est augmentée lorsqu'ils entrent en contact dans la zone partagée.

Vu de ce point de vue de développement, les développeurs de jeux en Unity exploitent l'utilisation de composants physiques tels que RigidBody pour décider du mouvement et du comportement de chaque objet. Les caractéristiques matérielles comme la masse, la traînée et la vitesse angulaire affectent le comportement de l'objet comme ils le feraient dans la réalité physique. L'utilisation d'une simulation de corps souple, en revanche, implique souvent que les développeurs doivent être équipés d'outils de physique plus avancés ou utiliser des plugins externes car il s'agit d'un processus de calcul lourd. Le faire de la bonne façon, en revanche, garantit qu'un tel environnement réagit comme dans le monde réel, ce qui permet aux joueurs de se sentir immergés.

Le rôle de l'IA dans la simulation physique

L'intelligence artificielle, avec les progrès de l'apprentissage automatique, commence à aider à l'interactivité basée sur la physique des simulations. Les moteurs de physique dirigés par l'IA permettent de modifier dynamiquement les interactions en fonction de l'activité du joueur. Par exemple, l'IA peut désormais prédire et sans aucune intervention humaine, il peut réajuster les résultats des collisions en temps réel plutôt que les réactions physiques préprogrammées. C'est un aspect vraiment intéressant car cela rend l'expérience avec les applications basées sur VR plus naturelles et plus amusantes.

Les développeurs de jeux VR commencent actuellement à utiliser des méthodes basées sur l'IA en physique pour réduire la charge de calcul et en même temps, garantir un scénario très réaliste. Parfois, on optimisera les simulations de fluide, une autre fois sera le cas lorsqu'un utilisateur devra prédire les trajectoires des objets, puis encore le reste des améliorations de la physique des ragdoll dans les mouvements de caractère sera le «format» dans lequel l'IA assure que les moteurs fonctionnent.

Physique en VR: réaliser une véritable immersion

La physique est en effet importante dans un jeu vidéo régulier, mais VR sans eux n'a tout simplement aucun sens. Dans un jeu régulier, les inexactitudes peuvent se produire et sont toujours totalement acceptables car ces jeux ne nécessitent pas une immersion profonde dans les scènes de jeu, mais les expériences de réalité virtuelle sont complètement le contraire. La masse d'un objet doit être présentée naturellement, la chute des objets doit également être naturelle, et en répondant au toucher, les objets devraient également être comme dans la vraie vie. C'est pourquoi les sociétés de développement de jeux VR investissent massivement dans la simulation de physique précise pour donner aux utilisateurs le sentiment d'une véritable interaction.

L'effet complet d'une réponse haptique en RV en raison de la physique correcte peut être ressentie davantage lorsqu'il est associé à un environnement virtuel sans aucune vue. La combinaison de simulations physiques avec rétroaction tactile transforme la RV d'une simple expérience visuelle en un support vraiment interactif.

Défis dans la construction d'un moteur physique

Le développement de moteurs de physique réaliste doit surmonter certaines difficultés. L'optimisation des performances est l'une des plus importantes. Les calculs physiques sont très exigeants d'un point de vue informatique, et l'utilisation de trop de calculs peut ralentir les fréquences d'images, entraînant un décalage et un bégaiement, ce qui affecte également l'immersion. Les développeurs de jeux mettent en œuvre des tricheurs tels que la physique du niveau de détaillage. Les objets qui sont plus éloignés sont des calculs simplifiés tandis que les objets à proximité gardent une description détaillée de leur interaction.

L'autre défi est le réseau dans les jeux multijoueurs. Lorsque les simulations physiques sont exécutées localement, le jeu de chaque joueur peut interpréter la physique différemment, ce qui provoque des problèmes de synchronisation. C'est pourquoi de nombreuses sociétés de jeux VR qui se concentrent sur le développement multijoueur utilisent des moteurs de physique déterministes qui s'assurent que tous les joueurs obtiennent les mêmes interactions en temps réel.

L'avenir de la physique dans les jeux et VR

L'avenir des moteurs de physique semble plus optimiste que jamais. Grâce à l'amélioration du matériel, les développeurs ont pu produire des interactions physiques complexes tout en gardant un niveau de performance élevé. Le processus de développement du jeu reste sur une pente ascendante avec l'unité car il fournit des outils mis à jour pour une mise en œuvre plus facile de la physique réaliste. Des technologies telles que le traçage des rayons en temps réel, la modélisation de la physique soutenue par l'IA et le traitement basé sur le cloud sont la frontière des graphiques et du matériel de jeu.

Lorsque les entreprises essaient de créer des expériences immersives et de haute qualité, la bonne compétence et l'expertise deviennent le facteur critique. Question Les développeurs de VR ont tendance à faire des simulations de physique, et c'est souvent qu'ils sont les meilleurs dans ce qu'ils font. Tous les jeux et applications développés avec eux sont connus pour leur réalisme. Que l'objectif soit le divertissement des données, les simulations de formation ou les applications industrielles, la demande de moteurs de physique plus avancés augmente.

Conclusion

Pour simuler la physique du monde réel dans des environnements virtuels, vous devez très bien connaître la mécanique théorique et pratique. Chaque détail de la détection de collision aux optimisations axés sur l'IA doit être conçu avec précision dans le but de créer des interactions lisses et crédibles. Le développement de jeux dans Unity est une tâche herculéenne qui nécessite d'obtenir des outils solides pour une telle chose que personne ne peut se développer du tout, il devrait être technologiquement avancé. De plus, la frontière de ce qui est réalisable en physique numérique continuera d'être contestée par les sociétés de développement de jeux VR et celles qui cherchent à embaucher des développeurs VR alors qu'ils élargissent leurs capacités technologiques. L'effet sera des mondes virtuels plus immersifs, engageants et réalistes que nous avons eu le plaisir de vivre jusqu'à présent.

FAQ sur la construction de moteurs de physique réaliste pour les jeux et la réalité virtuelle

1. Pourquoi la physique est-elle importante dans le développement du jeu?

La physique est essentielle dans les jeux pour créer des interactions, des mouvements et des collisions réalistes entre les objets. Il améliore l'immersion en garantissant que les forces comme la gravité, la friction et l'élan se comportent comme prévu, ce qui rend le gameplay plus naturel et engageant.

2. Comment le développement du jeu dans l'unité gère-t-il les simulations de physique?

Unity fournit des composants physiques intégrés comme Rigidbody, des collideurs et des articulations pour simuler la physique du monde réel. Les développeurs peuvent affiner la masse, la traînée, la vitesse angulaire et la détection de collision pour obtenir un comportement d'objet réaliste. Unity prend également en charge les moteurs de physique externe pour des simulations avancées.

3. Quels sont les plus grands défis dans le développement d'un moteur physique?

Les principaux défis incluent l'optimisation des performances, les calculs en temps réel et la synchronisation multijoueur. Les simulations de physique peuvent être coûteuses en calcul, provoquant des baisses de fréquence d'images et des retards s'ils ne sont pas optimisés correctement. Les développeurs utilisent des astuces telles que la physique de niveau de niveau et les moteurs de physique déterministes pour un gameplay fluide.

4. Comment les sociétés de développement de jeux VR assurent-elles la physique réaliste dans la réalité virtuelle?

La réalité virtuelle nécessite des calculs de physique précis car toutes les inexactitudes cassent l'immersion. Les développeurs de jeux VR se concentrent sur la rétroaction haptique, la distribution précise du poids et les interactions d'objets pour que les environnements virtuels se sentent aussi réels que possible. Les moteurs de physique basés sur l'IA aident également à optimiser les performances de la réalité virtuelle.

5. Quel est l'avenir des moteurs de physique dans les jeux et la VR?

Avec les progrès du traçage des rayons en temps réel, de la modélisation de la physique basée sur l'IA et du traitement basé sur le cloud, l'avenir des moteurs de physique semble prometteur. Les sociétés de développement de jeux VR et les développeurs de rédacteurs en vigueur continueront de repousser les limites du réalisme, créant des mondes numériques plus interactifs et immersifs.