Fyzikální principy ve vývoji her (2024)

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: ¹

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.

    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

1. Chmelík, Trtík, PA199 Advanced Game Development ↩