構建現實的物理引擎：如何在虛擬環境中模擬現實世界

物理在虛擬世界中的重要性

創造沉浸式數字體驗並不是很小的工作。一旦玩家進入遊戲，他們就會要求感覺自己是真實的互動。物體如何落下，碰撞或對力反應是使經歷的原因。無論是數字世界是開放世界的冒險還是VR模擬，最先進的物理引擎都是確保數字世界盡可能接近現實的關鍵要素。遊戲物理學以近似和腳本動畫的震撼而震撼了世界。如今，使用中的引擎可以以更具動態的方式來實現這一目標，它們更多地著重於模擬物理定律。例如，遊戲開發使開發人員可以與簡化現實主義的工具建立復雜的基於物理的交互，而無需犧牲績效。

現實物理的基礎

一旦奠定了以數字方式模擬現實世界物理學的基礎，就變得更加容易建立。它從正確的應用牛頓力學（例如力，動量，碰撞等）開始。遊戲中的每個動作都由一組計算確定，這些計算告訴對像如何相互交互。材料的耐用性只能通過一系列認真的計算來獲得，這些計算確保物體的行為就像真實的計算。但是，現實的物理實體還必須考慮幾種外部環境因素，例如風電，表面材料和重量分佈。像Unity這樣的遊戲引擎提供了使用內置物理模擬的可能性，但是要使它們像現實世界中的行為一樣，需要大量的專業知識。

碰撞檢測和反應

物理模擬過程中最困難的事情之一是處理碰撞。該系統必須有一種非常準確的方法來知道兩個對象何時相互接觸以及它們如何響應。存在幾種類型的碰撞檢測，例如邊界框檢查，光線播放等，但是基於網格的碰撞測試是最常見的方法。具體來說，由於組織良好的碰撞探測，該發動機有望很好地工作，計算可能不再是一項任務。此外，高準確的碰撞檢測消耗的CPU功率較少。

例如，在虛擬現實中，如果對象進行直接操縱很常見，則必須準確碰撞響應，以防止任何尷尬的動畫發生。這就是為什麼許多公司都在尋找所謂的VR大師，這些VR大師可以將其校準為最小的細節。在凡人戰鬥問題上取得了不准確的成功之後，可能是令人反感的失敗，在這些失敗中，物體而不是牆壁，角色以非正統的方式漂浮或降落。

剛性的身體動態和軟體模擬

物理工具通常設計用於使用剛體（RBD）和柔軟的身體模擬來糾纏各種物體。剛性的動態集中在無法變形的物體上，例如汽車，武器或任何家具。相比之下，柔軟的身體模擬除其他外，即使在分子水平-eg，布，果凍或橡膠上，從業者也可以具有物體，對任何力和變形動態反應。當它們在共享區域內接觸時會增加並發症。

從這種開發的角度來看，遊戲開發人員在團結中利用了諸如剛體等物理組件的使用來決定每個對象的運動和行為。質量，阻力和角速度等物質特徵會像物理現實一樣影響物體的行為。另一方面，使用軟體仿真通常意味著開發人員應該配備更先進的物理工具或使用外部插件，因為這是一個繁重的計算過程。另一方面，以正確​​的方式做到這一點，可以確保這種環境的反應就像在現實世界中一樣，這使玩家覺得自己沉浸其中。

AI在物理模擬中的作用

隨著機器學習的進步，人工智能開始有助於基於物理的模擬互動。 AI驅動的物理髮動機會激發AI根據玩家的活動動態改變交互作用。例如，AI現在可以預測並且沒有任何人類干預，它可以實時重新調整碰撞的結果，而不是預先編程的物理反應。這是一個非常有趣的方面，因為它使基於VR的應用程序的體驗更加自然，更有趣。

VR遊戲開發人員目前正在開始利用基於AI的物理方法來減少計算負載，同時保證一個非常現實的情況。有時，人們會優化流體模擬，另一個時間是用戶必須預測對象軌蹟的情況，然後再次改進了角色運動中ragdoll物理的其餘改進將是AI確保發動機運行的“格式”。

VR中的物理學：實現真正的沉浸

物理學在常規視頻遊戲中確實很重要，但是沒有它們的VR並沒有任何意義。在常規遊戲中，可能會發生不准確，並且仍然可以完全接受，因為這些遊戲不需要深入沉浸在遊戲場景中，但虛擬現實體驗完全相反。物體的質量應自然呈現，物體的掉落也應該是自然的，在響應觸摸時，對像也應像現實生活中一樣。這就是為什麼VR遊戲開發公司在模擬準確物理方面進行大量投資，以使用戶具有真正的互動感。

當與虛擬環境配對時，可以進一步感受到VR中觸覺反應的全部效果。物理模擬與觸覺反饋的結合將VR從簡單的視覺體驗轉變為真正的交互式媒介。

建造物理引擎的挑戰

現實的物理引擎開發必須克服一些困難。性能優化是最重要的。從計算的角度來看，物理計算非常苛刻，並且使用過多的計算可以減慢幀速率，從而導致滯後和口吃，這也會影響沉浸感。遊戲開發人員正在實施作弊，例如詳細物理水平。更遠的對像是簡化的計算，而附近的對象則詳細描述了它們的交互作用。

另一個挑戰是多人遊戲中的網絡。當物理模擬在本地運行時，每個玩家的遊戲可能會以不同的方式解釋物理，從而導致同步問題。這就是為什麼許多專注於多人開發使用確定性物理引擎的VR遊戲公司，以確保所有玩家實時獲得相同的互動。

遊戲和VR中物理的未來

物理引擎的未來看起來比以往任何時候都更加樂觀。由於硬件的改進，開發人員能夠在保持高性能水平的同時產生復雜的物理互動。遊戲開發過程保持在統一的向上斜坡上，因為它提供了更新的工具，以便於實現現實的物理。實時射線追踪，AI支持的物理建模和基於雲的處理等技術是遊戲圖形和硬件的前沿。

當公司試圖創造身臨其境和高質量的體驗時，正確的技能和專業知識就成為關鍵因素。問題VR開發人員傾向於進行物理模擬，並且通常是他們所做的最好的事情。與他們一起開發的所有遊戲和應用都以其現實主義而聞名。無論目標是數據娛樂，培訓模擬還是工業應用，對更先進的物理引擎的需求都在增長。

結論

為了模擬虛擬環境中的現實物理，您需要很好地了解理論和實用的機制。碰撞檢測到AI驅動的優化的每個細節都應精確設計，目的是創造平穩且可信的相互作用。 Unity中的遊戲開發是一項艱鉅的任務，它需要為沒有人可以發展的這種東西獲得可靠的工具，應該在技術上是先進的。此外，VR遊戲開發公司以及希望僱用VR開發人員在擴大技術能力時僱用數字物理學實現的界限將繼續質疑。效果將比我們到目前為止經歷的樂趣更具身臨其境，引人入勝和現實的虛擬世界。

關於為遊戲和VR構建現實物理引擎的常見問題解答

1。為什麼物理學在遊戲開發中很重要？

物理學對於創建對象之間的現實交互，運動和碰撞至關重要。它通過確保重力，摩擦和動量等力所預期的力量來增強沉浸感，從而使遊戲玩法變得更加自然和引人入勝。

2. Unity中的遊戲開發如何處理物理模擬？

Unity提供內置的物理組件，例如剛性體，山脈和關節，以模擬現實世界的物理。開發人員可以微調質量，阻力，角速度和碰撞檢測，以實現逼真的對象行為。 Unity還支持外部物理引擎進行高級模擬。

3。開發物理引擎的最大挑戰是什麼？

首要挑戰包括性能優化，實時計算和多人遊戲同步。物理模擬在計算上可能很昂貴，如果未正確優化，則會導致幀速率下降和滯後。開發人員使用諸如詳細物理水平的技巧和確定性物理引擎進行平滑遊戲。

4. VR遊戲開發公司如何確保虛擬現實中的現實物理？

VR需要精確的物理計算，因為任何不准確性都會破壞沉浸。 VR遊戲開發人員專注於觸覺反饋，準確的重量分佈和對象相互作用，以使虛擬環境盡可能真實。基於AI的物理引擎還有助於優化VR性能。

5。遊戲和VR中物理引擎的未來是什麼？

隨著實時射線追踪，AI驅動物理建模和基於雲的處理的進步，物理引擎的未來看起來很有希望。 VR遊戲開發公司和工作室僱用VR開發人員將繼續推動現實主義的界限，創造更多的交互式和沈浸式的數字世界。