构建现实的物理引擎：如何在虚拟环境中模拟现实世界

物理在虚拟世界中的重要性

创造沉浸式数字体验并不是很小的工作。一旦玩家进入游戏，他们就会要求感觉自己是真实的互动。物体如何落下，碰撞或对力反应是使经历的原因。无论是数字世界是开放世界的冒险还是VR模拟，最先进的物理引擎都是确保数字世界尽可能接近现实的关键要素。游戏物理学以近似和脚本动画的震撼而震撼了世界。如今，使用中的引擎可以以更具动态的方式来实现这一目标，它们更多地着重于模拟物理定律。例如，游戏开发使开发人员可以与简化现实主义的工具建立复杂的基于物理的交互，而无需牺牲绩效。

现实物理的基础

一旦奠定了以数字方式模拟现实世界物理学的基础，就变得更加容易建立。它从正确的应用牛顿力学（例如力，动量，碰撞等）开始。游戏中的每个动作都由一组计算确定，这些计算告诉对象如何相互交互。材料的耐用性只能通过一系列认真的计算来获得，这些计算确保物体的行为就像真实的计算。但是，现实的物理实体还必须考虑几种外部环境因素，例如风电，表面材料和重量分布。像Unity这样的游戏引擎提供了使用内置物理模拟的可能性，但是要使它们像现实世界中的行为一样，需要大量的专业知识。

碰撞检测和反应

物理模拟过程中最困难的事情之一是处理碰撞。该系统必须有一种非常准确的方法来知道两个对象何时相互接触以及它们如何响应。存在几种类型的碰撞检测，例如边界框检查，光线播放等，但是基于网格的碰撞测试是最常见的方法。具体来说，由于组织良好的碰撞探测，该发动机有望很好地工作，计算可能不再是一项任务。此外，高准确的碰撞检测消耗的CPU功率较少。

例如，在虚拟现实中，如果对象进行直接操纵很常见，则必须准确碰撞响应，以防止任何尴尬的动画发生。这就是为什么许多公司都在寻找所谓的VR大师，这些VR大师可以将其校准为最小的细节。在凡人战斗问题上取得了不准确的成功之后，可能是令人反感的失败，在这些失败中，物体而不是墙壁，角色以非正统的方式漂浮或降落。

刚性的身体动态和软体模拟

物理工具通常设计用于使用刚体（RBD）和柔软的身体模拟来纠缠各种物体。刚性的动态集中在无法变形的物体上，例如汽车，武器或任何家具。相比之下，柔软的身体模拟除其他外，即使在分子水平-eg，布，果冻或橡胶上，从业者也可以具有物体，对任何力和变形动态反应。当它们在共享区域内接触时会增加并发症。

从这种开发的角度来看，游戏开发人员在团结中利用了诸如刚体等物理组件的使用来决定每个对象的运动和行为。质量，阻力和角速度等物质特征会像物理现实一样影响物体的行为。另一方面，使用软体仿真通常意味着开发人员应该配备更先进的物理工具或使用外部插件，因为这是一个繁重的计算过程。另一方面，以正确​​的方式做到这一点，可以确保这种环境的反应就像在现实世界中一样，这使玩家觉得自己沉浸其中。

AI在物理模拟中的作用

随着机器学习的进步，人工智能开始有助于基于物理的模拟互动。 AI驱动的物理发动机会激发AI根据玩家的活动动态改变交互作用。例如，AI现在可以预测并且没有任何人类干预，它可以实时重新调整碰撞的结果，而不是预先编程的物理反应。这是一个非常有趣的方面，因为它使基于VR的应用程序的体验更加自然，更有趣。

VR游戏开发人员目前正在开始利用基于AI的物理方法来减少计算负载，同时保证一个非常现实的情况。有时，人们会优化流体模拟，另一个时间是用户必须预测对象轨迹的情况，然后再次改进了角色运动中ragdoll物理的其余改进将是AI确保发动机运行的“格式”。

VR中的物理学：实现真正的沉浸

物理学在常规视频游戏中确实很重要，但是没有它们的VR并没有任何意义。在常规游戏中，可能会发生不准确，并且仍然可以完全接受，因为这些游戏不需要深入沉浸在游戏场景中，但虚拟现实体验完全相反。物体的质量应自然呈现，物体的掉落也应该是自然的，在响应触摸时，对象也应像现实生活中一样。这就是为什么VR游戏开发公司在模拟准确物理方面进行大量投资，以使用户具有真正的互动感。

当与虚拟环境配对时，可以进一步感受到VR中触觉反应的全部效果。物理模拟与触觉反馈的结合将VR从简单的视觉体验转变为真正的交互式媒介。

建造物理引擎的挑战

现实的物理引擎开发必须克服一些困难。性能优化是最重要的。从计算的角度来看，物理计算非常苛刻，并且使用过多的计算可以减慢帧速率，从而导致滞后和口吃，这也会影响沉浸感。游戏开发人员正在实施作弊，例如详细物理水平。更远的对象是简化的计算，而附近的对象则详细描述了它们的交互作用。

另一个挑战是多人游戏中的网络。当物理模拟在本地运行时，每个玩家的游戏可能会以不同的方式解释物理，从而导致同步问题。这就是为什么许多专注于多人开发使用确定性物理引擎的VR游戏公司，以确保所有玩家实时获得相同的互动。

游戏和VR中物理的未来

物理引擎的未来看起来比以往任何时候都更加乐观。由于硬件的改进，开发人员能够在保持高性能水平的同时产生复杂的物理互动。游戏开发过程保持在统一的向上斜坡上，因为它提供了更新的工具，以便于实现现实的物理。实时射线追踪，AI支持的物理建模和基于云的处理等技术是游戏图形和硬件的前沿。

当公司试图创造身临其境和高质量的体验时，正确的技能和专业知识就成为关键因素。问题VR开发人员倾向于进行物理模拟，并且通常是他们所做的最好的事情。与他们一起开发的所有游戏和应用都以其现实主义而闻名。无论目标是数据娱乐，培训模拟还是工业应用，对更先进的物理引擎的需求都在增长。

结论

为了模拟虚拟环境中的现实物理，您需要很好地了解理论和实用的机制。碰撞检测到AI驱动的优化的每个细节都应精确设计，目的是创造平稳且可信的相互作用。 Unity中的游戏开发是一项艰巨的任务，它需要为没有人可以发展的这种东西获得可靠的工具，应该在技术上是先进的。此外，VR游戏开发公司以及希望雇用VR开发人员在扩大技术能力时雇用数字物理学实现的界限将继续质疑。效果将比我们到目前为止经历的乐趣更具身临其境，引人入胜和现实的虚拟世界。

关于为游戏和VR构建现实物理引擎的常见问题解答

1。为什么物理学在游戏开发中很重要？

物理学对于创建对象之间的现实交互，运动和碰撞至关重要。它通过确保重力，摩擦和动量等力所预期的力量来增强沉浸感，从而使游戏玩法变得更加自然和引人入胜。

2. Unity中的游戏开发如何处理物理模拟？

Unity提供内置的物理组件，例如刚性体，山脉和关节，以模拟现实世界的物理。开发人员可以微调质量，阻力，角速度和碰撞检测，以实现逼真的对象行为。 Unity还支持外部物理引擎进行高级模拟。

3。开发物理引擎的最大挑战是什么？

首要挑战包括性能优化，实时计算和多人游戏同步。物理模拟在计算上可能很昂贵，如果未正确优化，则会导致帧速率下降和滞后。开发人员使用诸如详细物理水平的技巧和确定性物理引擎进行平滑游戏。

4. VR游戏开发公司如何确保虚拟现实中的现实物理？

VR需要精确的物理计算，因为任何不准确性都会破坏沉浸。 VR游戏开发人员专注于触觉反馈，准确的重量分布和对象相互作用，以使虚拟环境尽可能真实。基于AI的物理引擎还有助于优化VR性能。

5。游戏和VR中物理引擎的未来是什么？

随着实时射线追踪，AI驱动物理建模和基于云的处理的进步，物理引擎的未来看起来很有希望。 VR游戏开发公司和工作室雇用VR开发人员将继续推动现实主义的界限，创造更多的交互式和沉浸式的数字世界。