Компьютерные игры стали частью нашей жизни. В них играют как взрослые, так и дети. У каждого свои намерения в играх: провести свободное время, отвлечься от реальности, погрузиться в интересные миры и т. п. С каждым годом игры становятся всё интереснее и качественнее в плане сюжета, геймплея, графики и физики, перенесённой из реальности в игру.

Но даже простые явления физики в трёхмерном пространстве на деле оказываются длинным и сложным программным кодом, на который у программистов уходит не одна неделя. С первого взгляда кажется, что физика нашего мира и игрового кардинально отличается, выглядит коряво, но это всего лишь ошибки в программном коде, которых не избежать, но в конечном результате некоторые игры не отличить от реального мира и в графике, и в физике.

Разработчики при создании игры ищут баланс между веселой игрой и игрой с реалистичной физикой. Если персонаж прыгает, он обязан приземлиться, а не улететь в космос. С первого взгляда кажется, что физика нашего и игрового мира сильно отличается, выглядит нереалистичной и основана скорее на фантастике, чем на законах реального мира. Но это не совсем так, и как раз с помощью физических законов, которые ранее были доказаны научными исследованиями, мы сможем доказать реалистичность или не реалистичность многих физических явлений, которые представлены нам в компьютерных играх. Хитрости, упрощения и физические движки позволяют быстро создать довольно реалистичную физику, чтобы главное внимание уделить более важным аспектам игры. Например: Игры с артиллерией первыми стали учитывать гравитацию и сопротивление в своих механиках. Пользователи по очереди стреляли пушечными ядрами, стрелами и ракетами, чтобы уничтожить базу противника. Такие игры учитывали полу реалистичную баллистику, то есть — угол запуска, гравитацию, сопротивление ветра и изначальную скорость.

АКТУАЛЬНОСТЬ

Я выбрал эту тему, т. к. сам люблю играть в видео игры и узнавать их разработку. Каждый проект имеет свою историю разработки и свою уникальность. Какие-то игры были сделаны полностью с нуля, а какие-то являются модификациями уже существующих, но в последствии могут стать самостоятельным проектом. Так же мне интересна физика, а видеоигры хорошо связывают ее с информатикой.

Другие люди, которые хотят стать разработчиками игр в будущем, может заинтересовать эта тема. Эта тема научит их лучше понимать как устроены некоторые системы в компьютерных играх. Игрокам, для которых платформеры, шутеры, стратегии и подобные жанры – постоянное развлечение, знание физики поможет в построении стратегий для прохождения уровней с большей легкостью. А главное, хотелось бы дать всем понять, что понимание основ физики важны, и эти знания пригодятся даже в подобном развлечении, как видеоигра.

ЦЕЛЬ:

Рассмотреть случаи, когда физические явления из реального мира появляются в игре как элементы геймплея или графики, и понять как, с помощью чего это делается. Так как важной основной для всего этого является физический движок, то надо рассмотреть некоторые популярные движки, в чем их отличие от других, когда и в чем они применялись. Также это все нужно для того, чтобы показать пример совместимости наук в популярной сфере развлечений.

ЗАДАЧИ:
1 Найти информацию о игровой физики.

2 Рассмотреть случаи физических явлений в играх.

3 Составить, основываясь на физических законах, задачи по темам используя компьютерные игры.

4 Доказать, если это возможно, с помощью физических законов реального мира.

5 Провести небольшой опрос и составить диаграммы о знании людей о физике в компьютерных играх.

1. ФИЗИЧЕСКИЙ ДВИЖОК:

Физический движок (англ. physicsengine) — компьютерная программа, которая производит компьютерное моделирование физических законов реального мира в виртуальном мире, с той или иной степенью аппроксимации. Чаще всего физические движки для физического моделирования используются не как отдельные самостоятельные программные продукты, а как составные компоненты (подпрограммы) других программ.

Все физические движки условно делятся на два типа: игровые и научные.

Первый тип используется в компьютерных играх как компонент игрового движка. В этом случае он должен работать в режиме реального времени, то есть воспроизводить физические процессы в игре с той же самой скоростью, в которой они происходят в реальном мире. Вместе с тем от игрового физического движка не требуется точности вычислений. Главное требование — визуальная реалистичность, и для его достижения не обязательно проводить точную симуляцию. Поэтому в играх используются очень сильные аппроксимации, приближённые модели и другие приёмы.

Научные физические движки используются в научно-исследовательских расчётах и симуляциях, где крайне важна именно физическая точность вычислений. Вместе с тем скорость вычислений не играет существенной роли.

Современные физические движки симулируют не все физические законы реального мира, а лишь некоторые, причём с течением времени и прогресса в области информационных технологий и вычислительной техники список «поддерживаемых» законов увеличивается. На начало 2010 года физические движки могут симулировать следующие физические явления и состояния:

1. динамика абсолютно твёрдого тела

2. динамика деформируемого тела

3. динамика жидкостей

4. динамика газов

5. поведение тканей

6. поведение верёвок (тросы, канаты и т. д. )
Таким образом при разработке игр с помощью игрового движка разработчики могут реализовать базовый геймплей так, чтобы он был увлекательнее для игрока и не вызывал проблемы.

2. ИСТОРИЯ ИГРОВОЙ ФИЗИКИ И ПОЯВЛЕНИЕ ТЕХНОЛОГИИ RAGDOLL.

С 1960-ых до 1990-х годов игровые студии и издатели выпускали игры в двухмерной плоскости из-за технологий тех лет. Свыходомигровыхконсолей 5 поколения (PlayStation, Nintendo 64, SegaSaturn, AtariJaguar, 3DOInteractiveMultiplayerиAmigaCD-32), которыеявлялись 32/64 разрядными игровыми системами, разработчики могли создавать игры в трехмерной плоскости. Игры в 3 мерной плоскости не вызывали такого ажиотажа, т. к. при создании игр в такой плоскости никто не знал, как сделать игру в 3D. Так было до 1998 года с выходом игры по мотивам серии фильмов «парк юрского периода» - «Jurassic Park: Trespasser ». Игра из-за недоработок и проблем в технической части, провалилась, но тогда она привнесла новые технологии, которые определили будущее для физики в компьютерных играх. В качестве основного манипулятора выступает рука главной героини, которую можно вращать, как угодно. Используя физику игры, можно подбирать различные предметы, перемещать их, швырять и т. д. Таким образом динозавра можно, например, ударить палкой или сбросить ему на голову булыжник — способы борьбы с монстрами максимально приближены к реальности. Реалистична также и подверженность Энн травмам: она легко ломает ноги, упав с обрыва, истекает кровью, роняет оружие на бегу и т. д.

Тогда при разработке игр игровые студии пытались так же реализовывать физику в своих проектах, но она или играла незначительную роль, или была сломана, из-за чего люди не могли играть. В 2004 году вышла HalfLife 2 – сюжетная игра от компании Valve, которая является продолжением игры 1998 года. В первой части физика была на уровне «Jurassic Park: Trespasser », но из-за жанра игры она не была приоритетом при разработке. « В прошлом взаимодействие с окружением в играх сводилось к возможности слить воду в унитазе или забрать банку колы из вендингового автомата, — писал Джефф Кили в своём рассказе о разработке Half-Life 2. Но в продолжении решили сделать на ней главный акцент. Так с помощью физического движкаVPhysics — усовершенствованная версия движка Havok, встроенного в игровой движок Source. Благодаря ему в игровом мире начали работать такие физические параметры, как масса, гравитация, трение, сопротивление воздуха, инерция и плавучесть предметов.

Так же значимость игровой физики заключается в том, что большая часть процессов в игре была зависима от видеокарты, из-за чего половина нагрузки шла на процессор, а другая на видеокарту, что облегчило разработку игр и их оптимизацию. Проблема в том, что и для около реалистичной графики так же шел приоритет в видеокарту, из-за чего в последнее время разработчикам и издателям проще тратить деньги на хорошую картинку, а не на увлекательный игровой процесс.

Очень значимо было для игр появление RagDoll физики. Оно переводится на русский язык как " тряпичная кукла". Если вспоминать что было виграх 90-х, то можно вспомнить, что в большинстве шутеров тела поврежденных врагов или были статичными спрайтами, которые никак не реагировали на действия игрока или других объектов, или же были отдельной моделью в 3д играх, которая так же не реагировала на чужие действия. Но вернемся в наши дни. Подавляющее большинство современных шутеров показывают гибель вражеских солдат очень реалистично: бедняги прислоняются к ближайшим стенам или картинно скатываются с лестниц, а при взрывах противник отлетает от ударной волны в сторону. Почему? Потому что используют технологию RagDoll.

Суть идеи заключена в том, что строится иерархия физических тел, соединенных подвижными связями. Их расположение и соединения напоминают расположение костей скелета для скелетной анимации. Затем эта группа объектов объединяется со скелетом персонажа, чтобы совместить физическую и графическую сущность человечка (ну или другого существа). Теперь все просто. Как только персонаж умирает, " физический скелет" принимает определенную позу и загружается в физический движок. Теперь все движения " куклы" обусловлены физическими законами, тело упадет на землю так, как это было бы в жизни.

ОГЛАВЛЕНИЕ