Создание реалистичных физических двигателей: как смоделировать реальный мир в виртуальных условиях

Важность физики в виртуальных мирах

Это немалая работа для создания иммерсивного цифрового опыта. Как только игроки попадают в игру, они требуют взаимодействия, которые чувствуют себя реальными. То, как объекты падают, сталкиваются или реагируют на силы, - это то, что делает опыт. Независимо от того, является ли цифровой мир приключением открытого мира или виртуальной реальностью, физический двигатель, который является самым продвинутым, является ключевым элементом, чтобы убедиться, что цифровой мир приближается как можно ближе к реальности. Время, когда физика игры качала мир с помощью простого приближения и сценариев анимации, давно исчезло. Сегодня используемые двигатели могут сделать это гораздо более динамично, и они больше сосредоточены на моделировании законов физики. Например, разработка игр в Unity позволяет разработчикам создавать сложные физические взаимодействия с инструментами, которые упрощают реализм, не жертвуя производительностью.

Фонд реалистичной физики

После того, как основана на основе моделирования реальной физики в цифровом виде, на нее станет легче построить. Он начинается с правильного применения ньютоновской механики, например, сил, импульса, столкновений и т. Д. Каждое движение в игре определяется набором расчетов, которые рассказывают, как объекты взаимодействуют друг с другом. Долговечность материала может быть получена только с помощью серьезного набора расчетов, которые гарантируют, что объекты ведут себя как реальные. Физические сущности, которые являются реалистичными, однако, также должны рассмотреть несколько внешних факторов окружающей среды, таких как сопротивление ветра, поверхностные материалы и распределение веса. Игровые двигатели, такие как Unity, предлагают возможность использовать встроенные симуляции физики, но чтобы заставить их вести себя так, как в реальном мире, требует большого опыта.

Обнаружение и ответ на столкновение

Одной из самых сложных вещей в процессе симуляции физики является дело с столкновениями. Система должна иметь очень точный способ узнать, когда два объекта касаются друг друга и как они движутся в ответ. Существует несколько видов обнаружения столкновений, таких как проверка ограничительных ящиков, raycasting и т. Д., Но тесты на столкновение на основе сетки являются наиболее распространенными способами. Чтобы быть конкретным, ожидается, что двигатель будет работать хорошо, что вычисление может быть менее задачей из-за хорошо организованного обнаружения столкновений. Кроме того, обнаружения столкновений с высокой точностью потребляют меньше мощности процессора.

Например, в виртуальной реальности, где прямые манипуляции с объектами являются общими, реакция на столкновение должно быть точным, чтобы не допустить, чтобы любые неловкие анимации происходили. Вот почему многие фирмы ищут так называемых мастеров VR-тех, кто может калибровать его до самых маленьких деталей. Неконтролируемый успех с проблемами смертных комбат может сопровождаться отвратительными сбоями, когда объекты вместо стены и персонажей плавают или неортодоксальны неортодоксальными.

Жесткая динамика тела и мягкое моделирование тела

Физические инструменты обычно предназначены для того, чтобы сражаться с различными видами объектов с использованием твердого тела (RBD) и мягкого моделирования тела. Динамика твердой тела сосредоточена на объектах, которые не могут деформировать, например, автомобиль, оружие или любой предмет мебели. Напротив, моделирование мягкого тела, среди прочего, позволяет практикующим иметь объекты даже на молекулярном уровне -EG, ткани, желе или резиновой реагировании динамически на любую силу и деформацию. Осложнение повышается, когда они вступают в контакт в общей области.

Просматриваемые с этой точки зрения разработки, разработчики игр в Unity используют использование физических компонентов, таких как жесткое тело, для определения движения и поведения каждого объекта. Материальные характеристики, такие как масса, сопротивление и угловая скорость, влияют на поведение объекта, как и в физической реальности. Использование мягкого моделирования тела, с другой стороны, часто подразумевает, что разработчики должны быть оснащены более продвинутыми физическими инструментами или использовать внешние плагины, поскольку это тяжелый вычислительный процесс. С другой стороны, делая это правильно, гарантирует, что такая среда реагирует так же, как в реальном мире, что позволяет игрокам чувствовать, что они погружены.

Роль ИИ в физическом моделировании

Искусственный интеллект с достижениями в области машинного обучения начинает помогать в интерактивности моделирования на основе физики. Физические двигатели, управляемые ИИ, провоцируют ИИ для динамического изменения взаимодействия на основе деятельности игрока. Например, ИИ теперь может предсказать, и без какого-либо вмешательства человека он может повторно принять результаты столкновений в режиме реального времени, а не предварительно запрограммированных физических реакций. Это действительно интересный аспект, потому что он делает опыт работы с приложениями на основе VR более естественным и веселее.

Разработчики игры VR в настоящее время начинают использовать методы на основе искусственного интеллекта в физике для уменьшения вычислительной нагрузки и в то же время гарантировать очень реалистичный сценарий. Иногда можно оптимизировать моделирование жидкости, в другое время будет тот случай, когда пользователь должен предсказать траектории объектов, а затем опять же, остальные улучшения физики RagDoll в движениях символов будут «форматом», в котором искусственным технологиям AI гарантирует, что двигатели работают.

Физика в VR: достижение истинного погружения

Физика действительно важна в обычной видеоигры, но VR без них просто не имеет никакого смысла. В обычной игре неточности могут возникнуть и все же быть вполне приемлемыми, поскольку эти игры не требуют глубокого погружения в игровые сцены, но опыт виртуальной реальности совершенно противоположным. Масса объекта должна быть представлена ​​естественным образом, падение объектов также должно быть естественным, и, отвечая на прикосновение, объекты также должны быть похожи в реальной жизни. Вот почему компании по разработке игр VR, вкладывая значительные средства в моделирование точной физики, чтобы дать пользователям ощущение реального взаимодействия.

Полный эффект хаптического ответа в VR из -за правильной физики может быть дополнительно ощущаться в сочетании с виртуальной средой без какого -либо зрелища. Комбинация физического моделирования с тактильной обратной связью превращает VR из простого визуального опыта в действительно интерактивную среду.

Проблемы в создании физического двигателя

Реалистичная физическая разработка двигателя должна преодолеть некоторые трудности. Оптимизация производительности является одним из самых значительных. Физические расчеты очень требовательны с вычислительной точки зрения, и использование слишком большого количества расчетов может замедлить частоту кадров, что приводит к задержке и заиканию, что также влияет на погружение. Разработчики игр внедряют читы, такие как физика на уровне. Объекты, которые находятся дальше, являются упрощенными расчетами, в то время как объекты неподалеку хранят подробное описание их взаимодействия.

Другая задача - сеть в многопользовательских играх. Когда физическое симуляции работают локально, игра каждого игрока может по -разному интерпретировать физику, что вызывает проблемы синхронизации. Вот почему многие виртуальные компании, которые сосредоточены на многопользовательской разработке, используют детерминированные физические двигатели, которые обеспечивают то, что все игроки получают одинаковые взаимодействия в режиме реального времени.

Будущее физики в играх и виртуальной реальности

Будущее физических двигателей выглядит более оптимистично, чем когда -либо. Благодаря улучшению аппаратного обеспечения разработчики смогли создавать сложные физические взаимодействия, сохраняя при этом высокий уровень производительности. Процесс разработки игр остается на склоне вверх с Unity, поскольку он предоставляет обновленные инструменты для облегчения реализации реалистичной физики. Такие технологии, как трассировка лучей в реальном времени, физическое моделирование, поддерживаемое ИИ, и облачная обработка, являются границей игровой графики и оборудования.

Когда компании пытаются создать захватывающий и высококачественный опыт, правильный навык и опыт становятся критическим фактором. Вопрос, разработчики VR, как правило, выполняют моделирование физики, и часто они являются лучшими в том, что они делают. Все игры и приложения, разработанные с ними, отмечены за их реализм. Независимо от того, является ли целью развлечения данных, симуляция обучения или промышленные приложения, растет спрос на более продвинутые физические двигатели.

Заключение

Чтобы имитировать реальную физику в виртуальных средах, вам нужно очень хорошо знать теоретическую и практическую механику. Каждая деталь обнаружения столкновений с оптимизацией, управляемыми ИИ, должна быть точно разработана с целью создания гладких и правдоподобных взаимодействий. Развитие игры в Unity - это геркулесовая задача, которая требует получения надежных инструментов для такой вещи, что никто не может развиваться вообще, оно должно быть технологически продвинутым. Более того, граница того, что достижимо в цифровой физике, будет по -прежнему оспариваться компании по разработке игр VR и теми, кто хочет нанять разработчиков VR, поскольку они расширяют свои технологические возможности. Эффект будет более захватывающим, увлекательным и реалистичным виртуальным миром, чем мы имели удовольствие испытать до сих пор.

Часто задаваемые вопросы по созданию реалистичных физических двигателей для игр и виртуальной реальности

1. Почему физика важна в разработке игры?

Физика важна в играх для создания реалистичных взаимодействий, движений и столкновений между объектами. Это усиливает погружение, гарантируя, что такие силы, как гравитация, трение и импульс, ведут себя так, как и ожидалось, заставляя игровой процесс более естественным и привлекательным.

2. Как развитие игры в единстве обрабатывает физические симуляции?

Unity предоставляет встроенные компоненты физики, такие как Rigidbody, Colliders и суставы для моделирования реальной физики. Разработчики могут настраивать массу, сопротивление, угловую скорость и обнаружение столкновений для достижения реалистичного объекта. Unity также поддерживает внешние физические двигатели для передового моделирования.

3. Каковы самые большие проблемы в разработке физического двигателя?

Основные проблемы включают оптимизацию производительности, расчеты в реальном времени и многопользовательскую синхронизацию. Физическое моделирование может быть вычислительно дорогим, что приводит к падению частоты кадров и отставанием, если не оптимизировано должным образом. Разработчики используют такие трюки, как физика уровня, и детерминированные физические двигатели для плавного игрового процесса.

4. Как компании по развитию виртуальных игр обеспечивают реалистичную физику в виртуальной реальности?

VR требует точных расчетов физики, потому что любые неточности нарушают погружение. Разработчики VR Game фокусируются на тактичной обратной связи, точном распределении веса и взаимодействии объектов, чтобы сделать виртуальные среды как можно более реальными. Физические двигатели на основе искусственного интеллекта также помогают оптимизировать производительность VR.

5. Каково будущее физических двигателей в играх и виртуальной реальности?

Благодаря достижениям в трассировке лучей в реальном времени, физическом моделировании AI и облачной обработке, будущее физических двигателей выглядит многообещающе. Компании по разработке Game VR и студии, нанятые разработчикам VR, будут продолжать раздвигать границы реализма, создавая более интерактивные и захватывающие цифровые миры.