Разработка игр очень сложный и продолжительный процесс. Создателям приходится долгое время искать баланс между механикой и физикой, чтобы поведение моделей в проекте выглядело максимально реалистично. Необходимо прописывать огромные сводки правил, чтобы все элементы в виртуальном мире напоминали нам реальную жизнь. Эти законы могут быть прописаны как парой строчек кода, так и миллионами указаний, которые программисты пишут годами. В этой статье разберемся, что такое игровая физика и какие ее разновидности существуют. Сегодня качественную физику в играх игроки принимают как должное. Они даже не понимают, что над каждым элементом трудятся десятки часов, чтобы он двигался как в реальной жизни. Банальный пример: если персонаж осуществил прыжок, то он должен приземлиться на землю, а не отправиться куда-то в стратосферу. Казалось бы, все просто, но нет. Даже такие элементарные правила приходится описывать длительное время.Именно поэтому законы, которые придумывают для элементов игры, делят на физику твердого и мягкого тела. Первая активно используется в 2D и 3D играх и относится практически ко всем моделям. Вторая максимально упрощается из-за сложности реализации, потому что демонстрирует результат воздействия внешних сил на объект, например, поведение плаща главного героя, который развевается на ветру.

Зачем в играх нужна физика?

У игровой физики много задач, но самая главная – это сделать игру интуитивно понятной и увлекательной. Когда объекты ведут себя непонятно, то геймер не понимает правила игры. Например, если во время удара мяча в FIFA он будет прыгать в разные стороны, то вряд ли у вас получится забить гол. Именно поэтому поведение мяча реализуется с учетом силы удара, скорости тела и траектории. Благодаря этому игрок легко понимает правила игры и знает, что делать, чтобы забить гол. К слову, в FIFA 20 создатели наворотили с физикой таких делов, что получили тысячи негативных отзывов только из-за кривой физики движения футболистов и мяча.При этом в каких-то моментах разработчикам не нужно воссоздавать законы физики из реальной жизни, потому что они помнят, что игра – это еще и веселье, она должна быть увлекательной. Только представьте GTA V с реальной физикой. В такой ситуации любая авария становилась бы для главного героя фатальной, и нужно было раз за разом проходить одну и ту же миссию или по десять раз возрождаться возле медпункта и снова бежать в нужную точку.То есть без физики вообще некуда, и от ее качества зависит успех игры, но кроме прописанных правил, важно правильно сделать баланс, либо четко дать понять игрокам на что им рассчитывать. Яркий пример — это гоночные симуляторы и аркадные гонки. Например, в сериях Forza Motorsport и Gran Turismo игроку предлагают реалистичное управление машиной. Он сразу понимает, чего ждать от проекта, и покупает его, если хочет ощутить себя за рулем реального автомобиля. В то же время серия Need for Speed – это аркадная гонка, где резкие повороты и касание препятствий практически не влияют на управляемость транспортным средством. Игрок прекрасно понимает, что потеть во время заезда ему не придется, он кайфует от сеттинга, трасс и крутых тачек. Идеальный вариант, когда гонка изначально делается как симулятор, но в ней есть аркадный режим для тех, кто с автомобилями на «ВЫ».

Физика твердого тела в 2D играх

Теперь разберем разновидности физики в современных играх и начнем с той, что используется для твердых тел. Именно про нее чаще всего говорят, когда речь идет о физике, и ярким примером можно назвать тот самый мяч из FIFA. К тому же, в зависимости от количества измерений, в игре есть небольшие отличия.Физика 2D игр, как правило, делается максимально просто. Тем не менее разработчики прописывают законы для виртуальной гравитации, сопротивления, изменения скорости и многое другое. Если в игре есть чем стрелять, то отдельно программируют снаряды. Причем если обратить внимание, то стрела во время полета не меняют свою форму, а вот, например, ракета может, потому что ее плоскость меняется с увеличением скорости полета, как в реальной жизни.Также стоит отметить, что от примитивных законов физики в 2D играх разработчики постепенно пришли к программированию гравитации, инерции и импульса. Впервые это появилось в Mario Bros, но в довольно топорном виде. Если бы веселый водопроводчик двигался по настоящим законам физики, то дальше первого обрыва никуда бы не убежал.

Как обстоят дела с физикой в 3D проектах?

С 3D физикой ситуация другая, потому что для ее реализации приходится делать больше вычислений, добавляется еще одно измерение – ось Z. При этом в 3D играх каждая модель состоит из набора твердых объектов, а не из одного, как в 2D. Именно поэтому часто возникают проблемы. Если в Марио нужно прописывать одно касание, например, он прыгает и кулаком бьет в блок из кирпичей. Во время прикосновения срабатывает команда, которая заставляет блок выплюнуть монетку. Монетка единожды касается Марио, он ее забирает, количество монет увеличивается. В 3D играх такое не прокатит. Возьмем, например, Tomb Raider, в котором Лара, когда забирается на скалу, касается ее одновременно руками и ногами. Все это твердые тела, которые взаимодействуют со скалой, а та в свою очередь состоит из десятков других твердых моделей.В 3D проектах конечности персонажа состоят из нескольких твердых тел, которые соединяют суставами. Существует специальная система скелетной анимации, которая позволяет реализовать подобное. При этом все элементы, из которых состоит персонаж, еще и должны работать по определенному алгоритму. Сегодня их существует огромное количество, например, процедурная анимация использовалась в серии Medal of Honor, интегрирование Верле в Hitman, а для Halo и Half-Life применяют инверсную кинематику.Но не стоит забывать о том, что игры должны вас развлекать. Именно поэтому их всячески упрощают.Если вы думаете, что серия Sniper Elite – это прям на 100% реалистичный симулятор стрелка, то очень сильно ошибаетесь. На самом деле игра упрощена до невозможности, во время выстрела не учитывается движение цели, температура воздуха, скорость и направление ветра, а также множество других факторов. Почему? Да потому что даже заядлым поклонникам реализма это не интересно. Никто не будет играть в подобное, поэтому геймеру лучше вообще не знать, что реальные снайперы учитывают все эти вещи, проще сделать реалистичный прицел и добавить пулю, которая летит в слоу-мо.

Мягкие тела в играх

К таким моделям в играх относятся волосы, одежда, вода, дым и многое другое. По сути, к этой категории можно отнести все элементы, которые могут деформироваться при воздействии внешних сил. Если представить, что твердое тело состоит из точек, то они всегда будут находиться на одном расстоянии друг от друга. Когда колесо движется, оно же не увеличивается в размерах, верно? А если представить, что мягкое тело состоит из точек, то во время движения или воздействия на него сторонних сил расстояние между ними будет меняться.Даже сегодня реализация физики мягких тел сильно упрощена. Разработчики пытаются выдумывать новые подходы, чтобы получить достойный результат, но получается это далеко не всегда. Вся проблема в сложности создания физики мягких тел, и пока даже самые маленькие успехи, вроде поведения снега в Red Dead Redemption 2, уже считаются огромной победой.

Деформация виртуальных тел

Как правило, чтобы создать физику мягких тел, их перемещение ограничивают. Если такое тело состоит из точек – это значит, что расстояние между ними может меняться, но окончательно отделиться друг от друга у них не выйдет. Именно за счет ограничения и получается сделать более-менее реалистичную физику, но далеко не всегда. Разработчики, часто, используют зацикленную анимацию, но срабатывает она только для тех мягких тел, которые не в центре внимания. Если бы так делали физику, например, для плаща Бэтмана в серии Arkham, то вы бы уже давно заметили, что с ним что-то не так. Когда разработчики знают, что геймеры постоянно будут смотреть на игровой элемент или будут с ним взаимодействовать, то от трюков с зацикленной анимацией отказываются.Основная проблема реализации физики мягких тел заключается в огромном количестве вычислений. Чтобы сделать все реалистично, нужно проводить миллионы операций в секунду, но процессор просто не выдержит такую нагрузку. Поэтому физику всячески упрощают, и в современных играх мы видим пик ее реализма, сделать лучше пока просто не дает железо.Если подытожить, то можно сказать, что физика в видеоиграх до сих пор считается одной из самых сложных составляющих проекта. Разработчики регулярно пытаются ее сбалансировать, чтобы найти золотую середину между приемлемым количеством вычислений и реализмом.