Fyzikální principy ve vývoji her (2024)

Editovat
Note

Typy fyzikálních simulací a jejich využití ve hrách (tuhá tělesa, deformovatelná tělesa, částice). Dynamika tuhých těles (síly, tření). Objekty pro detekci kolizí (“colliders”, typy, limity), kolizní vrstvy. Detekce kolizí (diskrétní a spojitá detekce, obvyklé problémy, využití v herních mechanikách).

PV255

Fyzikální simulace

Rigid body

Aproximace reálného fyzikálního tělesa. Předpokládá uniformní hostotu a neřeší:

  • deformace objektu,

  • aerodynamičnost tvaru.

Nicméně řeší:

  • dynamiku (část mechaniky, která se zabývá příčinami pohybu),

  • kolize,

  • klouby.

Soft body

Deformovatelný objekt.

Fyzikální enginy

  • PhysX (Nvidia) — Unity, Unreal Engine.

  • Bullet — Blender, Paradox engine.

  • Havok

  • Box2D

Objekty pro detekci kolizí

V principu funguje detekce kolizí tak, že v každém kroku fyzikální simulace: [pa199-2022]

  1. dojde ke kontrole, zda se dva objekty dotýkají — či mají společný průnik,

  2. pokud ano a kolize jsou pro dané objekty povoleny, dojde k výpočtu kolizních dat (normála, hloubka průniku, atd.),

  3. ostatní systémy mohou reagovat na kolizi (např. způsobit explozi miny).

Fáze

  1. Broad phase — hledání kandidátů na kolize

    • Např. pokud se dotýkají AABB nebo jsou objekty v přibližně stejné oblasti.

    • Využívají se struktury pro vyhledávání jako octree, k-D tree, BSP, atd, které je potřeba aktualizovat každé iteraci fyzikální simulace.

  2. Narrow phase — kontrola zda se kandidáti fakt srazili.

Sweep and prune

Algoritmus pro broad phase.

Gilbert-Johnson-Keerthi (GJK)

Algoritmus pro narrow phase. Rozhoduje zda dva konvexní tvary mají společný průnik.

Primitivní collidery

Výpočty s nimi jsou rychlé.

  • krabice (AABB),

  • koule,

  • kapsle,

  • válec.

    vph02 unity colliders
    Obrázek 1. Primitivní collidery v Unity
Mesh collider

Neprimitivní collider objekt. Obvykle konvexní obal nějakého meshe. Vypočetně náročné.

Compound collider

Collider složený z vícero primitivních colliderů. Rychlejší než mesh collider. Použitelný i na nekonvexní objekty.

Quickhull

Algoritmus pro výpočet konvexního obalu.

Statické objekty

Terén, budovy, a podobné nehybné objekty. Nepůsobí na něj fyzikální síly, ale fungují jako collidery. Necollidují však vzájemně. Mívají komplexní tvar.

Dynamické objekty

Působí na ně fyzika. Měly by mít jednodušší collidery.

Discrete collision detection

Kolize se detekují v každém kroku fyzikální simulace. Výpočetně nenáročné, ale může docházet k "tunelování" objektů skrz jiné objekty.

Continous collision detection (CCD)

Kolize se detekují v "průběhu pohybu" objektů — pomocí supersamplingu, raycastingu, swept spheres, atd. Výpočetně náročné.

Zdroje