Smrt je nejhorší. Je jedno, jestli se to stalo v reálu nebo na kazetě Nintendo. Ve hře to obvykle znamená konec kola boje, dokončení úrovně nebo ztrátu neuloženého postupu. Ale ve starých hrách nebyla prohra jen trestem za hru. Vizuálně to bylo zklamání.
Postavy se jen tak nepřestaly hýbat. Nešikovně se přesunuli ze stoje do lehu. Někdy se rozpadly na pixely. V některých případech mohou zcela zmizet. Bylo to proto, že první vývojáři spoléhali na klíčové animace. Každá funkce byla předem naprogramovaná smyčka. Skočit, padat, přistávat, opakovat. Pokaždé se přehrávala stejná animace bez ohledu na kontext. Tyto patové situace působily depresivně. Lámali ponoření. Udělali svět plochý.
Pojďme rychle vpřed do současnosti. Digitální smrt se změnila. Nyní čekají na komentáře o krvi. Moje kosti byly zlomené. Galony krve. Dramaticky se ale změnila i realističnost těla. Tajnou přísadou je Ragdoll fyzika.
Co je fyzika Ragdoll?
Ragdoll fyzika je druh procedurální animace. Místo přehrávání předem uložených klipů hra na základě fyzikálního enginu vypočítává, jak se má vaše tělo pohybovat. Výsledky vypadají jako lidé. Někdy je to velmi přesné. V jiných případech je to vtipné. Slabost končetin. Tělo je zakřivené. Po příliš velkém množství tequily se cítím jako hadrová panenka.
Když vývojáři pečlivě integrují, efekt může být jemný, ale silný. Dodává realismus chaotickým scénám. Zvažte střílečku z pohledu první osoby. Zastřelte nepřítele brokovnicí. Oběti nevykazují animaci „smrti“. Motor reaguje na nárazy.
Rána do ramen? Záda se vyklenují dozadu, aby absorbovala sílu.
Dát pěstí do žaludku? Postava se sklání. Pak padá dopředu.
Každá smrt je jedinečná. Všechny reakce se počítají v reálném čase.
Je to víc než jen vizuální styl. To je složitá matematika. Programátoři neustále vylepšují algoritmy, aby se virtuální objekty chovaly, jako by byly simulovány. Cílem není jen vypadat autenticky. Jde o to cítit se autenticky.
Animační engine
Tyto změny jsou založeny na výkonném herním enginu běžícím na pozadí. Tyto systémy vydrží velké zatížení. Zvládají konflikty. Simulovat gravitaci. Zpomalte čas. Bez nich vypadá Ragdoll efekt jako problematický mnohoúhelník. Místo toho poskytuje úroveň interaktivity, kterou statická animace nemůže poskytnout.
Posun od klíčových snímků k procedurálním reakcím mění způsob, jakým vnímáme prohru. Už to není jen nápis Game Over na obrazovce. Toto je fyzický výsledek. Pokud se uprostřed chaosu na chvíli zastavíte, uvědomíte si závažnost násilí.
Vývojáři se za duchy reality honí už mnoho let. Do kódu implementovali gravitaci, rychlost a hybnost, aby mohli ovládat vše od závodních tratí po skoky v plošinovkách. Bez těchto neviditelných pravidel hra ztrácí strukturu. Je to jen plovoucí cvičiště.
Smrt postav bývala statická. Hit. Pokaždé stejná animace. Originální, ale praktické. Od té doby se vybavení zlepšilo. Vyhrazené GPU snižují zátěž CPU. Grafika bude jasnější. Dodává hře hloubku. A animace smrti se konečně „probudily“.
Revoluce Bullet Shock
Ve hrách jako Halo a Max Payne se těla začala škubat balistickým dopadem. Toto není předrenderovaný klip. Reakce probíhá v reálném čase. Rockstar Games to prozkoumali v Grand Theft Auto. Přirozené osvětlení. Lidské tělo se pohybuje s úžasnou přesností. Jaké je tajemství? Fyzika ragdolla.
Namísto vytváření předpřipravených smyček animací programátoři vytvářeli postavy, které v reálném čase reagovaly na zdi, bomby a kulky. Není to ideální. Ale je to možné. Hry se nikdy nezdály tak realistické.
Hitman: Codename 47 byl jedním z prvních osvojitelů. Sestřelte nepřítele. Přetáhněte měkké, valivé tělo. Ukradni uniformu. Kulka zasáhla přehnanou silou. Fyzika stále není úplně přesvědčivá. Ale iluze trvá. Hráči si rozdíl všimli.
Spodní úroveň: Integrace Verlet
Hitman spoléhá na integraci Werle. Jedná se o algoritmus, který aplikuje Newtonovy zákony na počítačovou animaci. Představte si kostru jako tečky spojené pravidly. Jen. Efektivní. Využívá méně prostředků CPU než složité simulace. Důležitá je efektivita. Na obrazovce uvidíte více nepřátel, aniž by se snížila snímková frekvence.
Nicméně, ranní ragdollové měli svá omezení. Příliš se motali. Nebo málo.
Hybridní ragdoll: Zlatá střední cesta
Fyzika Hybrid Ragdoll kombinuje simulaci v reálném čase s předem vytvořenými animacemi. Použil to Jurassic Park: Trespasser. Postavy se jen tak nerozpadnou; srazí se. Ohýbají se. Pohybují se rychleji než živé bytosti.
Mozek si však všiml závad. Končetiny se nepřirozeně zkroutily. Interakce se zdá být trochu zvláštní. Mnohem lepší. Ale ne dost přirozené.
Procedurální animace: Moderní hranice
Procedurální animace je dalším krokem. Žádné předdefinované klipy. Vše ve hře vždy reaguje na fyziku. Animace smrti jsou toho jen součástí. Každá akce, každé setkání, každá interakce s prostředím se děje v reálném čase. Je to přesvědčivější. Je to více pohlcující.
Posun od statických klipů k dynamické citlivosti mění způsob, jakým hráči prožívají virtuální světy. Nejde jen o to vypadat autenticky. Jde o to cítit se opravdově. Když postava zareaguje na úder, hráč věří ve výsledek. Tato víra vše změnila.
Hra ještě není dokonalá. Končetiny se protínají. Fyzika selhává. Rozdíl se však zmenšuje. Směřujeme ke světu, kde každý pohyb má fyzickou váhu. Smrt není cutscéna. Toto je výsledek.
Mění to způsob, jakým hrajeme.
Jak ragdoll fyzika mění smrt ve hře v komický chaos
Pokud je jevištěm fyzikální engine, pak jsou animované postavy jen loutky. Fyzika ragdolla vypadá realisticky, protože postava je tvořena tuhými částmi spojenými do systému podobného reálnému skeletu. Když dostáváte poškození, těla padají, visí a poskakují po obrazovce.
Zdejší matematika a fyzika jsou extrémně složité a dokonce i dnes musí procesorový výkon a algoritmy zpracování najít způsob, jak dokonale simulovat kolaps lidské formy. Výsledkem je často komický efekt, kdy se článkované končetiny postav kroutí a poskakují do všemožných nereálných a nesourodých póz, jako když hadrová panenka klouže ze schodů. Mnoho moderních online her, jako například Happy Wheels, využívá tohoto efektu tím, že poskytuje „nárazové testovací figuríny“, které lze mučit a prohazovat nejrůznějšími hloupými a bizarními scénáři.
Mnoho moderních jednoduchých her používá fyziku „hadrové panenky“, aby byla akce na obrazovce méně násilná a více kreslená a zábavná. V moderních hrách však prvky zábavy a zábavy zastiňují složitost fyziky.
Euphoria engine a reakce v reálném čase
Jedním z nejsložitějších animačních enginů je Euphoria, vytvořená NaturalMotion. Euphoria se používá ve velmi populárních hrách, jako jsou Star Wars: The Force Unleashed, Red Dead Redemption a Grand Theft Auto 4.
NaturalMotion říká, že Euphoria dokáže v reálném čase simulovat pohyby těla jakékoli části jakékoli scény, včetně svalů a motorického systému postavy. Postavu může například vyděsit zvuk střelby z kulometu nebo se pokusit přerušit pád při pádu z jedoucího vozidla. V konečném důsledku tyto typy her nabízejí poutavější herní zážitek.
„ragdoll“ fyzika, která umožňuje postavám realisticky kulhat, když jsou poraženy, a základ moderní herní animace – skeletální animace. Díky tomuto záhadnému mechanismu bude váš digitální avatar vypadat jako skutečná osoba, spíše než jako posuvný kartonový výřez.
V zásadě je systém založen na dvou různých vrstvách. První je síťovina. Kůže, brnění a oblečení jsou viditelné pro hráče. Druhým je návazec nebo kostra. Tato pevná základní struktura podporuje síťovinu a určuje její pohyb. Představte si kloubové těleso, což je soubor tuhých částí spojených klouby.
Programátoři nenechají tyto klouby jen tak volně rotovat. Stanovují přísné limity a tolerance. Hlava se nemůže otáčet o 360 stupňů ani zastrčit pod bradu. Zápěstí se může houpat a otáčet, ale pouze prostřednictvím specifického rozsahu pohybu, který napodobuje lidskou anatomii. Pokud úhel překročí naprogramovaný limit, pohyb se zastaví. Tím se zabrání tomu, aby podivné zkreslení zničilo zážitek z ponoření.
Opětovné použití digitální kostry
Jakmile vývojář vytvořil kosterní strukturu pro jednu postavu, další postava nemusí být vytvořena od začátku. Stejný základ můžete použít pro několik postav. Lze je efektivně umístit do virtuálního světa pouhou změnou vzhledu povrchu, tedy změnou sítě, aby se odlišily rasy, třídy nebo typy nepřátel.
Tato účinnost je způsobena skutečností, že animace skeletu je založena na kinematických řetězcích nebo stromech. Jedná se o hierarchickou strukturu. Díly jsou vzájemně spojeny. Jak se stehno pohybuje, následuje holeň. Tento pohyb se přenáší přes řetěz.
Programování takových vztahů příčiny a následku v digitálním prostředí je obtížné. Vývojáři často používají Algoritmus Featherstone, pojmenovaný po expertovi na dynamiku kloubového těla Royi Fitcherstonovi. Tato metoda pomáhá vypočítat, jak se síly přenášejí spojenými končetinami.
Matematika pohybu
Aby postava vypadala věrohodně, vyžaduje hodně výpočetního úsilí. Programátor musí vzít v úvahu geometrii každé části těla a její relativní polohu ve 3D prostoru. Definují omezení a pravidla pro spoje a konektivitu a současně počítají prostorovou setrvačnost.
Všechny tyto prvky jsou popsány pomocí matematických algoritmů a fyzikálních motorů. Animátoři používají software, jako je CAD, k vytvoření těchto geometrických znaků spoj po spoji. Doslova navrhují digitální bytost zevnitř ven. Teprve poté může být toto stvoření umístěno do digitálního prostředí.
Bez ohledu na to, kdo je vyrábí, moderní videohry pohání fyzika. Nezáleží na tom, zda je fyzika vědecky přesná nebo jen natolik vtipná, že vás rozesměje. Hlavní věc je, že fyzika dělá hru zábavnější. S většími rozpočty a výkonnějším hardwarem se očekává, že fyzikální motory budou složitější, elegantnější a chaotičtější.
