¡Y acción! Un estudio de física en videojuegos

La física del juego físico es algo que a menudo damos por sentado. Si haces que tu avatar salte, esperas que baje y no se vaya al espacio. Aunque has jugado Skyrim el tiempo suficiente, sabes que esto puede suceder de todos modos. Además de la falla, la molestia o la física deliberada del juego que no imitan el mundo actual, esperamos que los objetos en el juego se comporten de manera que tengan sentido, por lo que no pensamos en el hecho de que estas leyes deben integrarse en el juego.

La física de programación para un juego puede ser tan easy como una o dos rutinas con unas pocas líneas de código cada una, o tan complicada como requerir un motor de física completamente separado como Havok o PhysX con millones de líneas de código. Independientemente de la complejidad o si un motor de juego requiere middleware para manejar los cálculos, la física del juego se divide en dos amplias categorías: cuerpo rígido y cuerpo blando.

La física del cuerpo rígido se outline generalmente como fuerzas que actúan sobre un objeto sólido. Se requiere para la mayoría de los juegos en 2D y 3D. La física del cuerpo blando aplica fuerzas físicas a una masa deformable, como una bandera. El cuerpo blando es mucho más complejo de simular. Por esta razón, se usa mucho menos y, dependiendo del juego, puede no ser necesario en absoluto.

En este artículo, profundizaremos un poco más en estos dos tipos de física y exploraremos cómo y por qué se usan. en videojuegos. En la actualidad, evitaremos la inmersión técnica profunda, pero podemos investigar más la complejidad en una futura entrega.

La importancia de la física del juego

Los desarrolladores usan la física en los juegos por una variedad de razones, pero los factores más importantes a considerar son la intuición y la diversión. Si un objeto en un juego no se comporta de una manera predecible, sería difícil para el jugador descubrir cómo jugar.

Por ejemplo, si comenzaste un juego de FIFA 20 y cada vez que la pelota golpeaba el césped, se movía en una dirección aleatoria, sería muy difícil, si no imposible, descubrir cómo derribarlo. la trayectoria y hacia el objetivo. Por lo tanto, los jugadores intentan simular cómo sale la bola en función de la trayectoria, la velocidad y otros factores reales para que el jugador sepa intuitivamente cómo manipular la bola o cualquier otro objeto. Irónicamente, FIFA 20 ha sufrido una serie de malas críticas de los usuarios, precisamente porque su física no funciona como los fanáticos esperaban.

Sin embargo, eso no quiere decir que los juegos deben adherirse estrictamente a las leyes de la naturaleza física. De hecho, la mayoría de los desarrolladores cambian las reglas por diversión. Después de todo, el juego debería ser divertido de jugar. Si las fuerzas físicas son demasiado realistas, puede arruinar el issue diversión. Por ejemplo, imagina cómo sería jugar Grand Theft Auto V con una física imperdonable; por cierto, hay un coraje para eso.

Incluso una pequeña colisión con otro objeto de alta velocidad daría como resultado un accidente que destruiría la fuga del jugador. No es muy divertido

Así que hay una delgada línea entre hacer que un juego sea entretenido para jugar y ser físicamente realista. Es responsabilidad del desarrollador encontrar el equilibrio adecuado, que a menudo depende del grupo demográfico al que se dirigen. Los corredores son un buen ejemplo.

Muchos jugadores disfrutan de los corredores de estilo arcade, como Want For Velocity, que no los penalizan con demasiada fuerza para arañar una barandilla o tomar una esquina demasiado rápido. Un grupo demográfico más pequeño prefiere los juegos de carreras sim que son una aproximación más cercana a la realidad, como Gran Turismo. Incluso cuando se crean sims para satisfacer un mercado más pequeño, los jugadores necesitan encontrar una manera de atraer a otros jugadores, de lo contrario el juego no funcionará demasiado bien. Gran Turismo inicialmente dependía del realismo fotográfico para atraer a otros jugadores que trabajaron extensamente. Aún así, Polyphony Digital finalmente agregó un modo arcade a la serie para acomodar un mercado más amplio.

Ahora que sabemos por qué los diseñadores de juegos usan la física, echemos un vistazo más de cerca a los dos tipos, cómo se usan y qué hacen los desarrolladores para evitar que las métricas requeridas excedan las capacidades de procesamiento.

Física del cuerpo rígido

Cuando pensamos en la física de los videojuegos, generalmente consideramos la física del cuerpo rígido (RBP), ya que esto es posiblemente lo más importante y algo que la mayoría de los juegos deben implementarse de alguna manera. La física del cuerpo rígido trata de simular y animar leyes físicas de masas sólidas. Por ejemplo. ¿Está la pelota en el estuche FIFA 20 encima de un cuerpo rígido ejercido por la física del juego?

Ya sea que se trate de un juego 2D como Pong o un 3D como Skyrim, la mayoría de los videojuegos son sobre física lineal de cuerpo rígido.

Física de videojuegos en 2D

Volvamos a Pong: dos cuerpos rígidos (bala y palas) chocan repetidamente entre sí. Bueno, cuando lo pones de esa manera, no suena gracioso en absoluto. El abuelo de los videojuegos no modeló la física realista en el mundo actual. Primero, sus programadores ignoraron los cálculos relacionados con la gravedad, la fricción y la inercia. Period solo una bala yendo y viniendo a velocidad constante.

Segundo, el ángulo del rebote de la pelota desde las palas no se calculó exactamente. El rebote de la pelota ignoró por completo la Ley de Reflexión. Esta ley establece que si uno ignora otros factores, como el giro, una esfera que golpea una superficie en un ángulo dado rebotará en un ángulo recto.

En Pong, el ángulo de reflexión estaba determinado por la proximidad del impacto al centro del cubo. Independientemente de su trayectoria unique, el reflejo de la bala se basó en qué tan lejos del centro golpeó la paleta. Por lo tanto, los jugadores podrían revertir por completo el impulso de la pelota, independientemente de su vector entrante.

Angle Path entrará más en juego con iteraciones posteriores y otros juegos de pádel como Breakout. Pero incluso entonces, el número generalmente period falso. Todo vuelve al issue diversión. Imitar la desviación demasiado cerca de la realidad fue menos divertido y, a menudo, más difícil de jugar.

Los juegos de artillería fueron los primeros en comenzar a integrar factores como la gravedad y la resistencia en la mecánica. Para aquellos que eran demasiado jóvenes para recordar eran los juegos de artillería, donde los jugadores se turnaban para disparar balas, flechas u otros proyectiles entre sí, tratando de destruir la base de su oponente. Estos juegos utilizaron balística semi-realista que tuvo en cuenta cosas como el ángulo de lanzamiento, la gravedad, la resistencia al viento y la velocidad inicial. Una vez más, los diseñadores no hicieron que los juegos fueran demasiado fieles a la vida. Su público objetivo period el Joe promedio, no expertos en balística.

Los cuerpos rígidos de los juegos de artillería, principalmente los proyectiles, fueron ejercidos por las diversas fuerzas, y las animaciones se adaptaron en consecuencia. Las flechas o misiles son un buen ejemplo de animación de un cuerpo rígido en estos juegos. Mientras que el avión del proyectil cambiaría durante el vuelo, la flecha en sí permanece recta. No se dobló al completar su arco, que es lo que esperaríamos. Este ejemplo puede parecer simplificado debido a su intuición, pero es importante comprenderlo al separarlo de la dinámica del cuerpo blando. Cualquiera de los dos puntos de un objeto en un sistema de cuerpo rígido siempre permanecerá a la misma distancia.

Juegos como Donkey Kong y, posteriormente, juegos de Mario Bros, prepararon el escenario de cómo la física afectaría a los juegos 3D por venir. [19659002] Nuestro buen fontanero Mario se adhirió a leyes físicas muy generales como la gravedad, el impulso y la inercia, incluso en los primeros juegos. Spring fue la mecánica principal del juego y desde entonces se ha convertido en un elemento básico que nunca desaparecerá. Cuando tratamos con saltos y gravedad, intuitivamente sabemos que todo lo que sube debe bajar.

La pregunta es qué tan alto está subiendo y qué tan rápido está bajando. Esto es algo que los desarrolladores deben considerar cuidadosamente en el diseño de su juego; ¿Qué tan cerca de la realidad debe ser la gravedad del juego?

Si Mario se viera obligado a obedecer las leyes del mundo actual, probablemente nunca superaría el Nivel 1. Por lo tanto, los desarrolladores tenían que encontrar ese equilibrio para que el juego fuera jugable, manteniendo las expectativas intuitivas que los jugadores tendrían, cómo debe comportarse Mario en su mundo. Los juegos posteriores ampliarían aún más los límites al introducir el doble salto. Tremendous Mario 64 fue el primer juego de la serie en implementar el doble salto, aunque se usó en juegos anteriores, tan atrás como Dragon Buster en 1984.

El doble salto permitió a los jugadores saltar distancias verticales u horizontales más altas para despejar espacio o rango. La mecánica del juego se hizo widespread en las plataformas casi por el uso excesivo. Todavía es un elemento básico en muchos juegos de plataformas modernos, pero también se ve en juegos 3D como Satan Could Cry y Unreal Event, que nos lleva al mundo 3D.

Física de videojuegos en 3D

La ??física utilizada en los juegos en 3D no es tan diferente de lo que los desarrolladores utilizaron en sus primos 2D. Como se mencionó anteriormente, incluso el doble salto se encuentra en algunos juegos en 3D. La principal diferencia es la complejidad de los cálculos al agregar una tercera dimensión (eje z) y objetos que consisten en varios cuerpos rígidos.

En la mayoría de los juegos 2D, los desarrolladores solo luchan por detectar la colisión de algunos objetos fijos a la vez. Por ejemplo. Aterrizando a Mario encima de un Koopa. Cualquier parte de Mario puede tocar cualquier parte de Koopa. La forma en que se produce el contacto determina si Koopa queda atrapado o Mario pierde una vida. De cualquier manera, es solo una colisión.

La mayoría de los títulos 3D tienen múltiples objetos fijos que interactúan entre sí. Tome la serie Uncharted como ejemplo. Cuando Drake escala un acantilado, el programa busca colisiones con al menos sus manos y pies, todos los cuales son cuerpos rígidos separados. Si salta y solo una mano atrapa una repisa, la animación será diferente de si ambas están conectadas.

Cuando hablamos de que cada miembro es un cuerpo rígido separado, los modelos de juegos 3D (y algunos modelos 2D) con varios cuerpos rígidos se han mantenido unidos en las articulaciones. En otras palabras, el brazo de un modelo humano puede tener una mano y un antebrazo conectados en la muñeca con el que está conectado a la parte superior del brazo y así sucesivamente. Esta estructura y su comportamiento se llama «física de muñeco de trapo».La física de Ragdoll se usa en la mayoría, si no en todos, los juegos con modelos de jugador o NPC. Las conexiones entre los diversos cuerpos rígidos que componen las extremidades se establecen en el sistema de animación esquelética del motor del juego. Cada cuerpo rígido debe actuar bajo un conjunto de reglas para parecer realistas a medida que se mueven.

Para calcular estos movimientos, los programadores usan una variedad de técnicas. El más común es el algoritmo de Featherstone, que es un enfoque de cuerpo rígido restringido que evita que las extremidades vuelen como materials volador, aunque a veces todavía lo hacen cómico.

Otros tipos de métodos de gestión de muñecas de trapo incluyen integración Verlet (Hitman: Codename 47), cinemática inversa (Halo: Fight Evolution y Half-Life), ragdoll mixto (Uncharted: Drakes Fortune y muchos otros) y animación de procedimientos (Medal of Honor- sequence).

Todas estas técnicas intentan resolver el problema de un cuerpo que va demasiado rápido y cojea al suelo con sus articulaciones, y le gusta, bueno, un muñeco de trapo. Los cuerpos rígidos que componen un modelo son limitados en su movimiento, por lo que se comportan de una manera predecible, a pesar de que la física del juego no se basa completamente en la realidad.

Al igual que en los títulos en 2D, los jugadores deben encontrar un equilibrio entre realismo y diversión. Entonces, al calcular las fuerzas físicas en el juego, los cálculos a menudo no son del todo exactos; es decir, «el juego es hacer trampa».

Tome la serie Sniper Elite como ejemplo. En el mundo actual, los francotiradores militares necesitan contar cada disparo, por lo que consideran algunos factores al establecer un objetivo. La velocidad del viento, la dirección del viento, el alcance, el movimiento del objetivo, el reflejo, la fuente de luz, la temperatura, la presión barométrica y el efecto Coriolis son solo un puñado de variables que los disparos de arañazos de la vida actual necesitan para ingresar en su posición y objetivo.

Si Rebell eligiera hacer una auténtica simulación de francotiradores, el juego no solo sería muy difícil para la mayoría de los jugadores, la cantidad de cálculos y, por lo tanto, la cantidad de potencia de programación y procesamiento aumentaría significativamente. Aplastar estas variables no grava a los procesadores de hoy, pero el jugador promedio no quiere calcular estos factores cuando juega lo que, sin embargo, los entiende. Por lo tanto, es mucho más easy (y rentable) simplemente permitir que el jugador establezca el objetivo en la cruz y dejar que marque un golpe, preferiblemente con un peine de pelota en cámara lenta.

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