Śmierć jest najgorsza. Nie ma znaczenia, czy wydarzyło się to w prawdziwym życiu, czy na kartridżu Nintendo. W grze oznacza to zazwyczaj koniec rundy walki, ukończenie poziomu lub utratę niezapisanych postępów. Ale w starych grach przegrana nie była tylko karą za mecz. To było wizualnie rozczarowujące.
Postacie nie tylko przestały się poruszać. Niezdarnie przeszli z pozycji stojącej do pozycji leżącej. Czasami rozpadały się na piksele. W niektórych przypadkach mogą zniknąć całkowicie. Stało się tak, ponieważ pierwsi programiści polegali na kluczowych animacjach. Każda funkcja była wstępnie zaprogramowaną pętlą. Skocz, upadnij, wyląduj, powtórz. Za każdym razem odtwarzana jest ta sama animacja, niezależnie od kontekstu. Te impasowe sytuacje były przygnębiające. Przerywali immersję. Sprawili, że świat stał się płaski.
Przenieśmy się szybko do dnia dzisiejszego. Cyfrowa śmierć się zmieniła. Teraz czekają na komentarze w sprawie krwi. Moje kości zostały złamane. Galony krwi. Ale realizm ciała również zmienił się dramatycznie. Sekretnym składnikiem jest Fizyka Ragdoll.
Czym jest fizyka Ragdoll?
Fizyka Ragdoll to rodzaj animacji proceduralnej. Zamiast odtwarzać zapisane wcześniej klipy, gra oblicza, w jaki sposób powinno poruszać się Twoje ciało, w oparciu o silnik fizyczny. Wyniki wyglądają jak ludzie. Czasami jest to bardzo dokładne. W innych przypadkach jest to zabawne. Osłabienie kończyn. Ciało jest zakrzywione. Czuję się jak szmaciana lalka po przedawkowaniu tequili.
Po starannej integracji przez programistów efekt może być subtelny, ale potężny. Dodaje realizmu chaotycznym scenom. Weźmy pod uwagę strzelankę pierwszoosobową. Strzelaj do wroga ze strzelby. Ofiary nie pokazują animacji „śmierci”. Silnik reaguje na uderzenia.
Uderzenie w ramiona? Tył wygina się w łuk, aby pochłonąć siłę.
Uderzenie w brzuch? Postać pochyla się. Potem spada do przodu.
Każda śmierć jest wyjątkowa. Wszystkie reakcje są obliczane w czasie rzeczywistym.
To coś więcej niż tylko styl wizualny. To skomplikowana matematyka. Programiści stale ulepszają algorytmy, aby wirtualne obiekty zachowywały się tak, jakby były symulowane. Celem jest nie tylko wyglądać autentycznie. Chodzi o poczucie autentyczności.
Silnik animacji
Zmiany te opierają się na potężnym silniku gry działającym w tle. Systemy te wytrzymują duże obciążenia. Zarządzają konfliktami. Symuluj grawitację. Zwolnij czas. Bez nich efekt Ragdoll wygląda jak problematyczny wielokąt. Zamiast tego zapewnia poziom interaktywności, którego animacja statyczna nie jest w stanie zapewnić.
Przejście od klatek kluczowych do reakcji proceduralnych zmienia sposób, w jaki postrzegamy przegraną. To już nie jest tylko komunikat Game Over na ekranie. To jest wynik fizyczny. Jeśli zatrzymasz się na chwilę pośród chaosu, zdasz sobie sprawę z powagi przemocy.
Deweloperzy od wielu lat gonią za duchami rzeczywistości. Zaimplementowali w kodzie grawitację, prędkość i pęd, aby kontrolować wszystko, od torów wyścigowych po skoki w platformówkach. Bez tych niewidzialnych zasad gra traci strukturę. To tylko pływający poligon.
Śmierć postaci była kiedyś statyczna. Uderzyć. Za każdym razem ta sama animacja. Oryginalne, ale praktyczne. Od tego czasu sprzęt uległ poprawie. Dedykowane procesory graficzne zmniejszają obciążenie procesora. Grafika staje się wyraźniejsza. Dodaje głębi grze. I animacje śmierci wreszcie się „obudziły”.
Rewolucja szoku kulowego
W grach takich jak Halo i Max Payne ciała zaczęły drgać pod wpływem uderzenia balistycznego. To nie jest wstępnie renderowany klip. Reakcja zachodzi w czasie rzeczywistym. Rockstar Games zbadało to w Grand Theft Auto. Naturalne oświetlenie. Ludzkie ciało porusza się z niesamowitą precyzją. Jaki jest sekret? Fizyka ragdoll.
Zamiast tworzyć gotowe pętle animacji, programiści stworzyli postacie, które w czasie rzeczywistym reagowały na ściany, bomby i kule. To nie jest idealne. Ale to prawdopodobne. Gry nigdy nie wydawały się tak realistyczne.
Hitman: Codename 47 był jednym z pierwszych użytkowników. Zestrzel wroga. Przeciągnij miękkie, toczące się ciało. Ukradnij mundur. Pocisk uderzył z nadmierną siłą. Fizyka nadal nie jest do końca przekonująca. Ale iluzja trwa. Gracze zauważyli różnicę.
Dolny poziom: integracja z Verletem
Hitman opiera się na integracji z Werle. Jest to algorytm, który stosuje prawa Newtona do animacji komputerowej. Pomyśl o szkielecie jako o kropkach połączonych regułami. Tylko. Skuteczny. Zużywa mniej zasobów procesora niż złożone symulacje. Wydajność jest ważna. Zobaczysz więcej wrogów na ekranie bez spadku liczby klatek na sekundę.
Jednak wczesne ragdolle miały swoje ograniczenia. Za bardzo się rozkręcili. Albo nie wystarczy.
Hybrydowy ragdoll: złoty środek
Fizyka Hybrid Ragdoll łączy symulację w czasie rzeczywistym z wcześniej utworzonymi animacjami. Park Jurajski: Intruz go użył. Postacie nie tylko się rozpadają; zderzają się. Wyginają się. Poruszają się szybciej niż żywe istoty.
Jednak mózg zauważył usterki. Kończyny wykręciły się nienaturalnie. Interakcja wydaje się trochę dziwna. Znacznie lepiej. Ale nie dość naturalne.
Animacja proceduralna: współczesne granice
Animacja proceduralna to kolejny krok. Brak predefiniowanych klipów. Wszystko w grze zawsze reaguje na fizykę. Animacje śmierci są tylko częścią tego. Każda akcja, każde spotkanie, każda interakcja z otoczeniem dzieje się w czasie rzeczywistym. To bardziej przekonujące. To bardziej wciągające.
Przejście od klipów statycznych do dynamicznych zmienia sposób, w jaki gracze doświadczają wirtualnych światów. Nie chodzi tylko o to, żeby wyglądać autentycznie. Chodzi o to, żeby czuć się autentycznie. Kiedy postać reaguje na cios, gracz wierzy w wynik. Ta wiara zmieniła wszystko.
Gra nie jest jeszcze idealna. Kończyny przecinają się. Fizyka zawodzi. Jednak różnica się zmniejsza. Zmierzamy w kierunku świata, w którym każdy ruch ma wagę fizyczną. Śmierć to nie scena przerywnikowa. Oto wynik.
To zmienia sposób, w jaki gramy.
Jak fizyka ragdoll zmienia śmierć w grze w komiczny chaos
Jeśli sceną jest silnik fizyczny, animowane postacie są tylko marionetkami. Fizyka ragdoll wygląda realistycznie, ponieważ postać składa się ze sztywnych części połączonych w system podobny do szkieletu ze świata rzeczywistego. Podczas otrzymywania obrażeń ciała opadają, zwisają i odbijają się po ekranie.
Matematyka i fizyka są tutaj niezwykle złożone i nawet dzisiaj moc procesora i algorytmy przetwarzania nie znalazły jeszcze sposobu, aby doskonale symulować upadek ludzkiej postaci. Rezultatem jest często efekt komiczny, w którym przegubowe kończyny bohaterów wykręcają się i podskakują, przybierając najróżniejsze nierealistyczne i niestosowne pozy, jak szmaciana lalka zsuwająca się po schodach. Wiele nowoczesnych gier online, takich jak Happy Wheels, wykorzystuje ten efekt, udostępniając „manekiny do testów zderzeniowych”, które można torturować i wykonywać najróżniejsze głupie i dziwaczne scenariusze.
Wiele nowoczesnych, prostych gier wykorzystuje fizykę „szmacianej lalki”, aby akcja na ekranie była mniej brutalna, a bardziej kreskówkowa i zabawna. Jednak we współczesnych grach elementy zabawy i rozrywki przyćmiewają złożoność fizyki.
Silnik Euphoria i reakcje w czasie rzeczywistym
Jednym z najbardziej złożonych silników animacji jest Euphoria, stworzona przez NaturalMotion. Euphoria jest wykorzystywana w bardzo popularnych grach, takich jak Star Wars: The Force Unleashed, Red Dead Redemption i Grand Theft Auto 4.
NaturalMotion twierdzi, że Euphoria może symulować w czasie rzeczywistym ruchy ciała w dowolnej części dowolnej sceny, w tym mięśnie i układ motoryczny postaci. Na przykład postać może przestraszyć się odgłosem wystrzału z karabinu maszynowego lub spróbować powstrzymać upadek podczas wypadania z jadącego pojazdu. Ostatecznie tego typu gry oferują bardziej wciągające wrażenia z gry.
fizyka „ragdoll”, która pozwala postaciom realistycznie upaść bezwładnie po pokonaniu, oraz podstawa współczesnej animacji gier – animacja szkieletu. Ten tajemniczy mechanizm sprawia, że Twój cyfrowy awatar wygląda jak prawdziwa osoba, a nie przesuwana wycinka z tektury.
Zasadniczo system opiera się na dwóch różnych warstwach. Pierwszą z nich jest siatka. Skóra, zbroja i ubranie są widoczne dla gracza. Drugi to platforma lub szkielet. Ta sztywna konstrukcja podstawy podtrzymuje siatkę i określa jej ruch. Wyobraź sobie przegubowe nadwozie, które jest zbiorem sztywnych części połączonych przegubami.
Programiści nie tylko pozwalają tym przegubom swobodnie się obracać. Ustalają ścisłe limity i tolerancje. Głowa nie może obracać się o 360 stopni ani chować pod brodą. Nadgarstek może się kołysać i obracać, ale tylko w określonym zakresie ruchu, który naśladuje ludzką anatomię. Jeśli kąt przekroczy zaprogramowany limit, ruch zostanie zatrzymany. Dzięki temu dziwne zniekształcenia nie psują wrażenia immersji.
Ponowne wykorzystanie cyfrowego szkieletu
Gdy programista stworzy szkielet jednej postaci, nie trzeba tworzyć kolejnej postaci od zera. Możesz użyć tej samej bazy dla kilku postaci. Można je skutecznie umieścić w wirtualnym świecie, po prostu zmieniając wygląd powierzchni, czyli zmieniając siatkę, aby różnicować rasy, klasy czy typy wrogów.
Wydajność ta wynika z faktu, że animacja szkieletowa opiera się na łańcuchach kinematycznych lub drzewach. Jest to struktura hierarchiczna. Części są ze sobą połączone. Gdy udo się porusza, goleń podąża za nim. Ten ruch jest przenoszony przez łańcuch.
Programowanie takich związków przyczynowo-skutkowych w środowisku cyfrowym jest trudne. Programiści często używają algorytmu Featherstone, nazwanego na cześć eksperta ds. dynamiki ciał przegubowych Roya Fitcherstona. Ta metoda pomaga obliczyć, w jaki sposób siły są przenoszone przez połączone kończyny.
Matematyka ruchu
Nadanie postaci charakteru wiarygodnego wymaga dużego wysiłku obliczeniowego. Programista musi wziąć pod uwagę geometrię każdej części ciała i jej względne położenie w przestrzeni 3D. Definiują ograniczenia i zasady dotyczące połączeń i połączeń, a jednocześnie obliczają bezwładność przestrzenną.
Wszystkie te elementy opisano za pomocą algorytmów matematycznych i silników fizycznych. Animatorzy używają oprogramowania takiego jak CAD do tworzenia tych geometrycznych znaków, łącząc je. Dosłownie projektują cyfrową istotę od środka. Dopiero potem stworzenie to będzie można umieścić w środowisku cyfrowym.
Niezależnie od tego, kto je tworzy, fizyka napędza współczesne gry wideo. Nie ma znaczenia, czy fizyka jest dokładna z naukowego punktu widzenia, czy po prostu na tyle zabawna, że Cię rozśmieszy. Najważniejsze, że fizyka sprawia, że gra jest przyjemniejsza. Oczekuje się, że przy większych budżetach i mocniejszym sprzęcie silniki fizyczne staną się bardziej złożone, eleganckie i chaotyczne.
