Construirea motoarelor de fizică realistă: Cum să simulezi lumea reală în medii virtuale

Importanța fizicii în lumile virtuale

Nu este o lucrare mică pentru a crea experiențe digitale imersive. Odată ce jucătorii intră în joc, ei cer interacțiunile care simt că sunt reali. Modul în care obiectele cad, se ciocnesc sau reacționează la forțe este ceea ce face experiența. Indiferent dacă lumea digitală este o aventură deschisă sau o simulare VR, un motor de fizică care este cel mai avansat este elementul cheie pentru a vă asigura că lumea digitală se apropie cât mai mult de realitate. Perioada în care fizica jocului a zguduit lumea cu simple aproximări și animații scriptate a dispărut de mult. Astăzi, motoarele utilizate pot face acest lucru într -un mod mult mai dinamic și se concentrează mult mai mult pe simularea legilor fizicii. Dezvoltarea jocului în unitate, de exemplu, permite dezvoltatorilor să construiască interacțiuni complexe bazate pe fizică cu instrumente care simplifică realismul fără a sacrifica performanța.

Fundația fizicii realiste

Odată ce fundamentul simulării fizicii din lumea reală este pusă în mod digital, devine mai ușor de construit. Începe cu aplicarea mecanicii newtoniene în mod corect, cum ar fi forțele, impulsul, coliziunile, etc. Fiecare mișcare dintr -un joc este determinată de un set de calcule care spun modul în care obiectele interacționează între ele. Durabilitatea unui material poate fi obținută doar printr -un set serios de calcule care asigură că obiectele se comportă ca cele reale. Cu toate acestea, entitățile fizice care sunt realiste trebuie să ia în considerare și mai mulți factori de mediu externi, cum ar fi rezistența vântului, materialele de suprafață și distribuția greutății. Motoarele de joc precum Unity oferă posibilitatea de a utiliza simulări de fizică încorporate, dar pentru a le determina să se comporte ca în lumea reală necesită o mare expertiză.

Detectarea și răspunsul la coliziune

Unul dintre cele mai dificile lucruri din procesul de simulare a fizicii este tratarea coliziunilor. Sistemul trebuie să aibă un mod foarte precis de a ști când două obiecte se ating reciproc și cum se mișcă ca răspuns. Există mai multe tipuri de detectare a coliziunilor, cum ar fi, bifările de delimitare a casetei, Raycasting etc., dar testele de coliziune bazate pe ochiuri sunt cele mai frecvente moduri. Pentru a fi specific, motorul este de așteptat să funcționeze bine că calculul poate fi mai puțin o sarcină din cauza detectărilor de coliziune bine organizate. În plus, detecțiile de coliziune de înaltă precizie consumă mai puțin din puterea procesorului.

De exemplu, în realitatea virtuală, unde manipularea directă cu obiecte este comună, răspunsul la coliziune trebuie să fie exact pentru a împiedica să se întâmple orice animații incomode. Acesta este motivul pentru care multe dintre firme caută așa-numitele maeștri VR-cei care îl pot calibra la cele mai mici detalii. Succesul inexact cu problemele de combatere muritoare poate fi urmat de eșecuri respingătoare în care obiectele în loc de perete și personajele plutesc sau aterizează într-o manieră neortodoxă.

Dinamici rigide ale corpului și simulări ale corpului moale

Instrumentele de fizică sunt concepute în mod normal pentru a arunca diverse tipuri de obiecte cu utilizarea simulărilor rigide ale corpului (RBD) și al corpului moale. Dinamica rigidă a corpului este axată pe obiecte care nu se pot deformează, precum o mașină, o armă sau orice mobilier. În schimb, simulările moi ale corpului, printre altele, permit practicienilor să aibă obiecte chiar și la nivel molecular -eg, pânză, jeleu sau cauciuc - reacționează dinamic la orice forță și deformare. Complicația este ridicată atunci când intră în contact în zona partajată.

Priviți din acest punct de vedere al dezvoltării, dezvoltatorii de jocuri din unitate valorifică utilizarea componentelor fizice, cum ar fi Rigidbody, pentru a decide cu privire la mișcarea și comportamentul fiecărui obiect. Caracteristicile materiale precum masa, dragul și viteza unghiulară afectează comportamentul obiectului așa cum ar face în realitatea fizică. Folosind simularea corpului moale, pe de altă parte, implică adesea că dezvoltatorii ar trebui să fie echipați cu instrumente de fizică mai avansate sau să utilizeze pluginuri externe, deoarece este un proces de calcul greu. Făcând calea corectă, pe de altă parte, asigură că un astfel de mediu reacționează la fel ca în lumea reală, ceea ce permite jucătorilor să simtă că sunt cufundați.

Rolul AI în simularea fizicii

Inteligența artificială, cu progrese în învățarea automată, începe să ajute la interactivitatea fizică a simulărilor. Motoarele fizice bazate pe AI provoacă AI pentru a modifica dinamic interacțiunile bazate pe activitatea jucătorului. De exemplu, AI poate acum să prezice și fără nicio intervenție umană, poate să se ajusteze rezultatele coliziunilor în timp real, mai degrabă decât în ​​reacțiile fizice pre-programate. Acesta este un aspect cu adevărat interesant, deoarece face ca experiența cu aplicațiile bazate pe VR să fie mai naturală și mai distractivă.

În prezent, dezvoltatorii de jocuri VR încep să utilizeze metode bazate pe AI în fizică pentru a reduce încărcarea de calcul și, în același timp, să garanteze un scenariu foarte realist. Uneori, unul va optimiza simulările fluidelor, un alt timp va fi cazul atunci când un utilizator trebuie să prezică traiectoriile obiectelor, iar din nou, restul îmbunătățirilor fizicii ragdoll în mișcările personajelor vor fi „formatul” în care AI asigură motoarele care funcționează.

Fizica în VR: Realizarea imersiunii adevărate

Fizica este într -adevăr importantă într -un joc video obișnuit, dar VR fără ele nu are niciun sens. Într -un joc obișnuit, pot apărea inexactități și pot fi în continuare total acceptabile, deoarece aceste jocuri nu necesită o imersiune profundă în scenele jocului, dar experiențele de realitate virtuală sunt complet opuse. Masa unui obiect ar trebui să fie prezentată în mod natural, căderea obiectelor ar trebui să fie, de asemenea, naturală, iar pentru a răspunde la atingere, obiectele ar trebui să fie și în viața reală. De aceea, companiile de dezvoltare a jocurilor VR investesc foarte mult în simularea fizicii precise pentru a oferi utilizatorilor sentimentul unei interacțiuni reale.

Efectul complet al unui răspuns haptic în VR datorită fizicii corecte poate fi resimțit în continuare atunci când este asociat cu un mediu virtual, fără nicio vedere. Combinația de simulări fizice cu feedback tactil transformă VR dintr -o experiență vizuală simplă într -un mediu cu adevărat interactiv.

Provocări în construirea unui motor de fizică

Dezvoltarea realistă a motorului de fizică trebuie să depășească unele dificultăți. Optimizarea performanței este una dintre cele mai semnificative. Calculele fizice sunt foarte solicitante din punct de vedere computational, iar utilizarea prea multor calcule poate încetini ratele de cadru, ceea ce duce la întârziere și bâlbâială, care afectează și imersiunea. Dezvoltatorii de jocuri implementează trucuri, cum ar fi fizica nivelului de detalii. Obiectele care sunt mai departe sunt calcule simplificate, în timp ce obiectele din apropiere păstrează o descriere detaliată a interacțiunii lor.

Cealaltă provocare este rețeaua în jocuri multiplayer. Când simulările de fizică sunt rulate la nivel local, jocul fiecărui jucător poate interpreta fizica diferit, ceea ce provoacă probleme de sincronizare. Acesta este motivul pentru care multe companii de jocuri VR care se concentrează pe dezvoltarea multiplayer folosesc motoare fizice deterministe, care se asigură că toți jucătorii obțin aceleași interacțiuni în timp real.

Viitorul fizicii în jocuri și VR

Viitorul motoarelor fizice arată mai optimist ca niciodată. Datorită îmbunătățirii hardware -ului, dezvoltatorii au reușit să producă interacțiuni fizice complexe, păstrând un nivel ridicat de performanță. Procesul de dezvoltare a jocului rămâne pe o pantă ascendentă cu unitate, deoarece oferă instrumente actualizate pentru o implementare mai ușoară a fizicii realiste. Tehnologii precum tracțiunea de raze în timp real, modelarea fizică suportată de AI și procesarea bazată pe cloud sunt frontiera graficelor și hardware-ului jocului.

Atunci când companiile încearcă să creeze experiențe imersive și de înaltă calitate, abilitatea și expertiza potrivite devin factorul critic. Întrebări Dezvoltatorii VR tind să facă simulări ale fizicii și, de multe ori, este cazul în care sunt cei mai buni în ceea ce fac. Toate jocurile și aplicațiile dezvoltate cu ele sunt remarcate pentru realismul lor. Indiferent dacă obiectivul este divertismentul de date, simulări de instruire sau aplicații industriale, cererea pentru motoare de fizică mai avansate este în creștere.

Concluzie

Pentru a simula fizica din lumea reală în medii virtuale, trebuie să cunoașteți foarte bine mecanica teoretică și practică. Fiecare detaliu al detectării coliziunii la optimizări determinate de AI ar trebui să fie concepute cu exactitate cu scopul de a crea interacțiuni lină și credibile. Dezvoltarea jocului în unitate este o sarcină herculeană care necesită obținerea unor instrumente solide pentru un astfel de lucru pe care nimeni nu îl poate dezvolta deloc, ar trebui să fie avansat din punct de vedere tehnologic. Mai mult decât atât, granița a ceea ce este realizabil în fizica digitală va continua să fie contestată de companiile de dezvoltare a jocurilor VR și de cei care doresc să angajeze dezvoltatori VR în timp ce își extind capacitățile tehnologice. Efectul va fi lumi virtuale mai imersive, antrenante și mai realiste decât am avut plăcerea de a experimenta până acum.

Întrebări frecvente privind construirea de motoare de fizică realistă pentru jocuri și VR

1. De ce este importantă fizica în dezvoltarea jocului?

Fizica este esențială în jocuri pentru a crea interacțiuni realiste, mișcări și coliziuni între obiecte. Îmbunătățește imersiunea, asigurându -se că forțele precum gravitația, frecarea și impulsul se comportă așa cum era de așteptat, făcând jocul să se simtă mai natural și mai antrenant.

2. Cum se dezvoltă dezvoltarea jocului în unitatea simulărilor fizicii?

Unity oferă componente de fizică încorporate precum rigidbody, colladers și articulații pentru a simula fizica din lumea reală. Dezvoltatorii pot regla masa, tracțiunea, viteza unghiulară și detectarea coliziunilor pentru a obține un comportament real al obiectului. Unitatea acceptă, de asemenea, motoarele de fizică externă pentru simulări avansate.

3. Care sunt cele mai mari provocări în dezvoltarea unui motor de fizică?

Provocările primare includ optimizarea performanței, calculele în timp real și sincronizarea multiplayer. Simulările de fizică pot fi costisitoare din punct de vedere calculat, provocând scăderi ale ratei cadrului și întârziere dacă nu este optimizată corect. Dezvoltatorii folosesc trucuri precum fizica nivelului de detalii și motoarele fizice deterministe pentru un gameplay lin.

4. Cum asigură companiile de dezvoltare a jocurilor VR fizică realistă în realitatea virtuală?

VR necesită calcule precise de fizică, deoarece orice inexactități sparg imersiunea. Dezvoltatorii de jocuri VR se concentrează pe feedback -ul haptic, distribuția precisă a greutății și interacțiunile obiect pentru ca mediile virtuale să se simtă cât mai reale. Motoarele fizice bazate pe AI ajută, de asemenea, la optimizarea performanței VR.

5. Care este viitorul motoarelor fizice în jocuri și VR?

Cu progrese în tracțiunea de raze în timp real, modelarea fizică bazată pe AI și procesarea bazată pe cloud, viitorul motoarelor fizice pare promițător. Companiile de dezvoltare a jocurilor VR și studiourile care angajează dezvoltatori VR vor continua să împingă limitele realismului, creând lumi digitale mai interactive și imersive.