การสร้างเครื่องยนต์ฟิสิกส์ที่สมจริง: วิธีจำลองโลกแห่งความเป็นจริงในสภาพแวดล้อมเสมือนจริง

ความสำคัญของฟิสิกส์ในโลกเสมือนจริง

มันไม่ใช่งานเล็ก ๆ ที่จะสร้างประสบการณ์ดิจิทัลที่ดื่มด่ำ เมื่อผู้เล่นเข้ามาในเกมพวกเขาต้องการการโต้ตอบที่รู้สึกว่าพวกเขาเป็นจริง วิธีที่วัตถุตกปะหรือตอบสนองต่อแรงเป็นสิ่งที่ทำให้ประสบการณ์ ไม่ว่าโลกดิจิตอลจะเป็นการผจญภัยแบบเปิดกว้างหรือการจำลอง VR เอ็นจิ้นฟิสิกส์ซึ่งเป็นสิ่งที่ก้าวหน้าที่สุดคือองค์ประกอบสำคัญที่จะทำให้แน่ใจว่าโลกดิจิตอลจะใกล้เคียงที่สุดกับความเป็นจริง เวลาที่ฟิสิกส์ของเกมสั่นสะเทือนไปทั่วโลกด้วยการประมาณค่าและแอนิเมชั่นสคริปต์หายไปนาน วันนี้เครื่องยนต์ที่ใช้งานสามารถทำสิ่งนี้ได้อย่างมีชีวิตชีวามากขึ้นและพวกเขามุ่งเน้นไปที่การจำลองกฎของฟิสิกส์ ยกตัวอย่างเช่นการพัฒนาเกมใน Unity ช่วยให้นักพัฒนาสามารถสร้างปฏิสัมพันธ์ทางฟิสิกส์ที่ซับซ้อนด้วยเครื่องมือที่ทำให้ความสมจริงง่ายขึ้นโดยไม่ต้องเสียสละประสิทธิภาพ

รากฐานของฟิสิกส์ที่สมจริง

เมื่อวางรากฐานของการจำลองฟิสิกส์ในโลกแห่งความเป็นจริงแล้วมันจะง่ายต่อการสร้าง มันเริ่มต้นด้วยการประยุกต์ใช้กลไกของนิวตันอย่างถูกต้องเช่นกองกำลังโมเมนตัมการชน ฯลฯ ทุกการเคลื่อนไหวในเกมจะถูกกำหนดโดยชุดการคำนวณที่บอกว่าวัตถุมีปฏิสัมพันธ์กันอย่างไร ความทนทานของวัสดุสามารถได้รับจากชุดการคำนวณที่ร้ายแรงซึ่งทำให้มั่นใจได้ว่าวัตถุมีพฤติกรรมเหมือนจริง อย่างไรก็ตามหน่วยงานทางกายภาพที่เป็นจริงต้องพิจารณาปัจจัยสิ่งแวดล้อมภายนอกหลายประการเช่นความต้านทานลมวัสดุพื้นผิวและการกระจายน้ำหนัก เครื่องยนต์เกมอย่าง Unity เสนอความเป็นไปได้ที่จะใช้แบบจำลองฟิสิกส์ในตัว แต่เพื่อให้พวกเขามีพฤติกรรมเหมือนในโลกแห่งความเป็นจริงต้องมีความเชี่ยวชาญอย่างมาก

การตรวจจับการชนและการตอบสนอง

หนึ่งในสิ่งที่ยากที่สุดในกระบวนการจำลองฟิสิกส์คือการจัดการกับการชน ระบบจะต้องมีวิธีที่แม่นยำมากในการรู้ว่าเมื่อวัตถุสองชิ้นสัมผัสกันและวิธีการตอบสนองของพวกเขา มีการตรวจจับการชนกันหลายชนิดเช่นการตรวจสอบกล่องมัด, เรย์คาสต์ ฯลฯ แต่การทดสอบการชนกันของตาข่ายเป็นวิธีที่พบบ่อยที่สุด เพื่อให้เฉพาะเจาะจงเครื่องยนต์คาดว่าจะทำงานได้ดีว่าการคำนวณอาจมีงานน้อยลงเนื่องจากการตรวจจับการชนกันอย่างดี นอกจากนี้การตรวจจับการชนที่มีความแม่นยำสูงยังใช้พลังงานจาก CPU น้อยลง

ตัวอย่างเช่นในความเป็นจริงเสมือนจริงที่การจัดการโดยตรงกับวัตถุเป็นเรื่องธรรมดาการตอบสนองการชนจะต้องแน่นอนเพื่อป้องกันไม่ให้แอนิเมชั่นที่น่าอึดอัดใจใด ๆ เกิดขึ้น นี่คือเหตุผลที่ บริษัท จำนวนมากกำลังค้นหาผู้เชี่ยวชาญ VR ที่เรียกว่า บริษัท ที่สามารถปรับเทียบได้กับรายละเอียดที่เล็กที่สุด ความสำเร็จที่ไม่ถูกต้องกับปัญหาการต่อสู้ของมนุษย์สามารถตามมาด้วยความล้มเหลวที่น่ารังเกียจที่วัตถุแทนที่จะเป็นผนังและตัวละครลอยหรือลงจอดในลักษณะนอกรีต

พลวัตของร่างกายที่แข็งและการจำลองร่างกายที่อ่อนนุ่ม

โดยปกติแล้วเครื่องมือฟิสิกส์ได้รับการออกแบบมาเพื่อต่อสู้กับวัตถุประเภทต่าง ๆ ด้วยการใช้ร่างกายที่แข็ง (RBD) และการจำลองร่างกายที่อ่อนนุ่ม การเปลี่ยนแปลงของร่างกายที่เข้มงวดนั้นมุ่งเน้นไปที่วัตถุที่ไม่สามารถเปลี่ยนรูปได้เช่นรถยนต์อาวุธหรือเฟอร์นิเจอร์ชิ้นใดก็ได้ ในทางตรงกันข้ามการจำลองร่างกายที่อ่อนนุ่มในสิ่งอื่น ๆ อนุญาตให้ผู้ปฏิบัติงานมีวัตถุแม้ในระดับโมเลกุล -EG, ผ้า, เยลลี่หรือยาง - ทำปฏิกิริยาแบบไดนามิกกับแรงและการเสียรูป ภาวะแทรกซ้อนจะเกิดขึ้นเมื่อพวกเขาเข้ามาติดต่อภายในพื้นที่ที่ใช้ร่วมกัน

เมื่อมองจากมุมมองการพัฒนานี้ผู้พัฒนาเกมในความสามัคคีควบคุมการใช้ส่วนประกอบฟิสิกส์เช่น Rigidbody เพื่อตัดสินใจเกี่ยวกับการเคลื่อนไหวและพฤติกรรมของวัตถุแต่ละชิ้น ลักษณะของวัสดุเช่นมวลการลากและความเร็วเชิงมุมส่งผลกระทบต่อพฤติกรรมของวัตถุเช่นเดียวกับในความเป็นจริงทางกายภาพ ในทางกลับกันการใช้การจำลองร่างกายที่อ่อนนุ่มมักจะบอกเป็นนัยว่านักพัฒนาควรติดตั้งเครื่องมือฟิสิกส์ขั้นสูงหรือใช้ปลั๊กอินภายนอกเนื่องจากเป็นกระบวนการคำนวณที่หนัก ในทางกลับกันวิธีการที่ถูกต้องทำให้มั่นใจได้ว่าสภาพแวดล้อมดังกล่าวตอบสนองเช่นเดียวกับในโลกแห่งความเป็นจริงซึ่งช่วยให้ผู้เล่นรู้สึกว่าพวกเขาถูกแช่อยู่

บทบาทของ AI ในการจำลองฟิสิกส์

ปัญญาประดิษฐ์ที่มีความก้าวหน้าในการเรียนรู้ของเครื่องกำลังเริ่มช่วยในการโต้ตอบทางฟิสิกส์ของการจำลอง เอ็นจิ้นฟิสิกส์ที่ขับเคลื่อนด้วย AI กระตุ้นให้ AI เปลี่ยนการโต้ตอบแบบไดนามิกตามกิจกรรมของผู้เล่น ตัวอย่างเช่นตอนนี้ AI สามารถทำนายและไม่มีการแทรกแซงของมนุษย์มันสามารถปรับผลลัพธ์ของการชนกันในเวลาจริงมากกว่าปฏิกิริยาฟิสิกส์ที่ตั้งโปรแกรมไว้ล่วงหน้า นี่เป็นแง่มุมที่น่าสนใจจริงๆเพราะมันทำให้ประสบการณ์กับแอพที่ใช้ VR เป็นธรรมชาติและสนุกยิ่งขึ้น

ขณะนี้นักพัฒนาเกม VR กำลังเริ่มใช้วิธีการที่ใช้ AI ในฟิสิกส์เพื่อลดภาระการคำนวณและในเวลาเดียวกันรับประกันสถานการณ์ที่สมจริงมาก บางครั้งจะเพิ่มประสิทธิภาพการจำลองของเหลวอีกครั้งในกรณีที่ผู้ใช้ต้องทำนายวิถีวัตถุและจากนั้นอีกครั้งการปรับปรุงฟิสิกส์ ragdoll ในการเคลื่อนไหวของตัวละครจะเป็น "รูปแบบ" ซึ่ง AI รับรองว่าเอ็นจิ้นทำงาน

ฟิสิกส์ใน VR: บรรลุการแช่ที่แท้จริง

ฟิสิกส์มีความสำคัญอย่างยิ่งในวิดีโอเกมปกติ แต่ VR หากไม่มีพวกเขาก็ไม่สมเหตุสมผลเลย ในเกมปกติความไม่ถูกต้องสามารถเกิดขึ้นได้และยังคงเป็นที่ยอมรับได้อย่างสมบูรณ์เนื่องจากเกมเหล่านี้ไม่ต้องการการแช่ลึกลงไปในฉากเกม แต่ประสบการณ์เสมือนจริงนั้นตรงกันข้าม มวลของวัตถุควรนำเสนอตามธรรมชาติการลดลงของวัตถุควรเป็นธรรมชาติและในการตอบสนองต่อการสัมผัสวัตถุควรเป็นเหมือนในชีวิตจริง นั่นเป็นเหตุผลที่ บริษัท พัฒนาเกม VR กำลังลงทุนอย่างมากในการจำลองฟิสิกส์ที่ถูกต้องเพื่อให้ผู้ใช้รู้สึกถึงการมีปฏิสัมพันธ์ที่แท้จริง

ผลเต็มรูปแบบของการตอบสนองแบบสัมผัสใน VR เนื่องจากฟิสิกส์ที่ถูกต้องสามารถรู้สึกได้เพิ่มเติมเมื่อจับคู่กับสภาพแวดล้อมเสมือนจริงโดยไม่ต้องมองเห็น การรวมกันของการจำลองทางกายภาพกับข้อเสนอแนะที่สัมผัสได้เปลี่ยน VR จากประสบการณ์การมองเห็นอย่างง่ายให้กลายเป็นสื่อกลางแบบโต้ตอบอย่างแท้จริง

ความท้าทายในการสร้างเครื่องยนต์ฟิสิกส์

การพัฒนาเครื่องยนต์ฟิสิกส์ที่สมจริงต้องเอาชนะปัญหาบางอย่าง การเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพเป็นหนึ่งในสิ่งที่สำคัญที่สุด การคำนวณทางฟิสิกส์มีความต้องการอย่างมากจากมุมมองการคำนวณและการใช้การคำนวณมากเกินไปอาจทำให้อัตราเฟรมช้าลงส่งผลให้เกิดความล่าช้าและการพูดติดอ่างซึ่งส่งผลกระทบต่อการแช่ นักพัฒนาเกมกำลังใช้กลโกงเช่นระดับฟิสิกส์ระดับรายละเอียด วัตถุที่อยู่ไกลออกไปคือการคำนวณที่ง่ายขึ้นในขณะที่วัตถุใกล้เคียงเก็บคำอธิบายโดยละเอียดเกี่ยวกับการโต้ตอบของพวกเขา

ความท้าทายอื่น ๆ คือเครือข่ายในเกมผู้เล่นหลายคน เมื่อการจำลองฟิสิกส์ทำงานในพื้นที่เกมของผู้เล่นแต่ละคนอาจตีความฟิสิกส์แตกต่างกันซึ่งทำให้เกิดปัญหาการซิงโครไนซ์ นี่คือเหตุผลที่ บริษัท เกม VR หลายแห่งที่มุ่งเน้นการพัฒนาผู้เล่นหลายคนใช้เอ็นจิ้นฟิสิกส์ที่กำหนดไว้ซึ่งทำให้แน่ใจว่าผู้เล่นทุกคนได้รับการโต้ตอบแบบเดียวกันแบบเรียลไทม์

อนาคตของฟิสิกส์ในเกมและ VR

อนาคตของเครื่องยนต์ฟิสิกส์ดูดีขึ้นกว่าเดิม ด้วยการปรับปรุงฮาร์ดแวร์ทำให้นักพัฒนาสามารถสร้างปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพที่ซับซ้อนในขณะที่รักษาระดับประสิทธิภาพสูง กระบวนการพัฒนาเกมยังคงอยู่บนทางลาดขึ้นด้วยความสามัคคีเนื่องจากมีเครื่องมือที่ได้รับการปรับปรุงเพื่อการใช้งานฟิสิกส์ที่สมจริงได้ง่ายขึ้น เทคโนโลยีเช่นการติดตามเรย์แบบเรียลไทม์การสร้างแบบจำลองฟิสิกส์ที่รองรับ AI และการประมวลผลบนคลาวด์เป็นแนวชายแดนของกราฟิกเกมและฮาร์ดแวร์

เมื่อ บริษัท ต่างๆพยายามสร้างประสบการณ์ที่ดื่มด่ำและมีคุณภาพสูงทักษะและความเชี่ยวชาญที่เหมาะสมกลายเป็นปัจจัยสำคัญ คำถามนักพัฒนา VR มักจะทำแบบจำลองฟิสิกส์และมักจะเป็นกรณีที่พวกเขาเป็นสิ่งที่ดีที่สุดในสิ่งที่พวกเขาทำ เกมและแอพพลิเคชั่นทั้งหมดที่พัฒนาขึ้นกับพวกเขาจะถูกบันทึกไว้สำหรับความสมจริงของพวกเขา ไม่ว่าเป้าหมายคือความบันเทิงข้อมูลการจำลองการฝึกอบรมหรือแอพพลิเคชั่นอุตสาหกรรมความต้องการเครื่องยนต์ฟิสิกส์ขั้นสูงจะเพิ่มขึ้น

บทสรุป

เพื่อจำลองฟิสิกส์ในโลกแห่งความเป็นจริงในสภาพแวดล้อมเสมือนจริงคุณต้องรู้กลไกเชิงทฤษฎีและการปฏิบัติเป็นอย่างดี ทุกรายละเอียดของการตรวจจับการชนเพื่อการเพิ่มประสิทธิภาพที่ขับเคลื่อนด้วย AI ควรได้รับการออกแบบอย่างแม่นยำโดยมีวัตถุประสงค์เพื่อสร้างปฏิสัมพันธ์ที่ราบรื่นและน่าเชื่อถือ การพัฒนาเกมใน Unity เป็นงานของ Herculean ที่ต้องได้รับเครื่องมือที่แข็งแกร่งสำหรับสิ่งที่ไม่มีใครสามารถพัฒนาได้เลยควรเป็นเทคโนโลยีที่ก้าวหน้า ยิ่งกว่านั้นขอบเขตของสิ่งที่ทำได้ในฟิสิกส์ดิจิตอลจะยังคงถูกโต้แย้งโดย บริษัท พัฒนาเกม VR และผู้ที่ต้องการจ้างนักพัฒนา VR ในขณะที่พวกเขาขยายขีดความสามารถทางเทคโนโลยีของพวกเขา ผลที่ได้จะดื่มด่ำกับโลกเสมือนจริงที่น่าสมเพชและสมจริงกว่าที่เรามีความสุขที่ได้สัมผัสมาจนถึงตอนนี้

คำถามที่พบบ่อยในการสร้างเครื่องยนต์ฟิสิกส์ที่สมจริงสำหรับเกมและ VR

1. เหตุใดฟิสิกส์จึงมีความสำคัญในการพัฒนาเกม?

ฟิสิกส์เป็นสิ่งจำเป็นในเกมเพื่อสร้างปฏิสัมพันธ์ที่สมจริงการเคลื่อนไหวและการชนกันระหว่างวัตถุ มันช่วยเพิ่มการแช่ด้วยการทำให้มั่นใจว่ากองกำลังเช่นแรงโน้มถ่วงแรงเสียดทานและโมเมนตัมจะทำตัวตามที่คาดไว้ทำให้การเล่นเกมรู้สึกเป็นธรรมชาติและมีส่วนร่วมมากขึ้น

2. การพัฒนาเกมในการจำลองทางฟิสิกส์ของ Unity เป็นอย่างไร?

Unity ให้ส่วนประกอบฟิสิกส์ในตัวเช่น Rigidbody, Colliders และข้อต่อเพื่อจำลองฟิสิกส์ในโลกแห่งความเป็นจริง นักพัฒนาสามารถปรับมวล, ลาก, ความเร็วเชิงมุมและการตรวจจับการชนเพื่อให้บรรลุพฤติกรรมของวัตถุที่เหมือนจริง Unity ยังสนับสนุนเครื่องยนต์ฟิสิกส์ภายนอกสำหรับการจำลองขั้นสูง

3. อะไรคือความท้าทายที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการพัฒนาเครื่องยนต์ฟิสิกส์?

ความท้าทายหลัก ได้แก่ การเพิ่มประสิทธิภาพประสิทธิภาพการคำนวณแบบเรียลไทม์และการซิงโครไนซ์ผู้เล่นหลายคน การจำลองฟิสิกส์อาจมีราคาแพงในการคำนวณทำให้อัตราการลดลงของเฟรมลดลงและล่าช้าหากไม่ได้รับการปรับให้เหมาะสม นักพัฒนาใช้เทคนิคเช่นระดับฟิสิกส์ระดับรายละเอียดและเครื่องยนต์ฟิสิกส์ที่กำหนดขึ้นเพื่อการเล่นเกมที่ราบรื่น

4. บริษัท พัฒนาเกม VR มั่นใจได้อย่างไรว่าฟิสิกส์ที่สมจริงในความเป็นจริงเสมือนจริง?

VR ต้องการการคำนวณทางฟิสิกส์ที่แม่นยำเนื่องจากความไม่ถูกต้องใด ๆ ทำให้เกิดการแช่ นักพัฒนาเกม VR มุ่งเน้นไปที่ข้อเสนอแนะแบบสัมผัสการกระจายน้ำหนักที่แม่นยำและการโต้ตอบของวัตถุเพื่อให้สภาพแวดล้อมเสมือนจริงรู้สึกเป็นจริงที่สุดเท่าที่จะทำได้ เครื่องยนต์ฟิสิกส์ที่ใช้ AI ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ VR

5. อนาคตของเครื่องยนต์ฟิสิกส์ในการเล่นเกมและ VR คืออะไร?

ด้วยความก้าวหน้าในการติดตามเรย์แบบเรียลไทม์การสร้างแบบจำลองฟิสิกส์ที่ขับเคลื่อนด้วย AI และการประมวลผลบนคลาวด์ในอนาคตของเครื่องยนต์ฟิสิกส์ดูมีแนวโน้ม บริษัท พัฒนาเกม VR และสตูดิโอที่จ้างนักพัฒนา VR จะผลักดันขอบเขตของความสมจริงต่อไปสร้างโลกดิจิตอลแบบโต้ตอบและดื่มด่ำมากขึ้น