Тоглоом доторх физик хэрхэн ажилдаг вэ?

Видео тоглоом тоглож байхдаа бид ихэвчлэн дүрүүдийн хөдөлгөөн, үсрэлт, уналт, мөргөлдөөн зэргийг зүгээр л “ажиллаж байна” гэж хүлээж авдаг. Гэвч үнэндээ тоглоомын цаана бодит ертөнцийн физикийн хуулийг тооцоолол болгон хувиргасан маш нарийн систем ажиллаж байдаг. Тоглоомын физик гэдэг нь жинхэнэ физикийн хуулбар биш ч түүний зарчмуудыг ашиглан “итгэмээр” хөдөлгөөн бий болгодог процесс юм.

Юуны өмнө ямар ч тоглоом секундэд олон удаа давтагддаг нэгэн мөчлөгөөр ажилладаг. Үүнийг game loop гэж нэрлэдэг. Тоглоом ажиллах байх хугацаанд компьютерт дараах гурван үндсэн зүйлийг тасралтгүй хийж байдаг: хэрэглугчийн оролтыг уншина, дараа нь дотоод тооцооллуудыг хийж (физик, хөдөлгөөн, мөргөлдөөн), эцэст нь шинэчлэгдсэн байдлаар дэлгэц дээр дүрсэлнэ. Энэ процесс секундэд ойролцоогоор 60 удаа давтагддаг. Жишээлбэл Angry Birds тоглоомд шувууг харвах үед түүний байрлал ганц удаа биш, харин секунд бүр дахин дахин тооцоологдож шинэчлэгдэж байдаг.

Хамгийн энгийн жишээ бол таталцлын хүч юм. Бид бодит амьдрал дээр бөмбөг шидэхэд муруй замаар явдгийг мэднэ. Учир нь хэвтээ чиглэлд хурд ихэвчлэн тогтвортой хадгалагддаг бол босоо чиглэлд таталцлын хүч байнга доош татаж байдаг. Тоглоом дотор энэ үзэгдлийг математик томъёогоор илэрхийлдэг. Хурд нь хугацаа өнгөрөх тусам таталцлын нөлөөгөөр өөрчлөгдөнө, харин байрлал нь тухайн хурднаас хамааран шинэчлэгдэнэ. Ийнхүү жижиг хугацааны интервал бүр дээр хурд болон байрлалыг шинэчлэн тооцоолсноор муруй зам үүсдэг. Өөрөөр хэлбэл, физикийн хичээл дээр үздэг хөдөлгөөний томъёо тоглоомын код дотор амилж байдаг гэсэн үг.

Тоглоомын дотор үүнийг дараах логикоор бодно:

Хурд = Хурд + таталцал × хугацаа

Байрлал = Байрлал + хурд × хугацаа

Ингэснээр муруй зам (парабол) үүснэ. Энэ нь яг физикийн хичээл дээр үздэг хөдөлгөөний томъёо.

Дараагийн чухал ойлголт бол мөргөлдөөн илрүүлэх механизм юм. Тоглоом яаж “хоёр зүйл мөргөлдлөө” гэдгийг мэддэг вэ? Дүрс бүрийн ард нүдэнд харагддаггүй “хитбокс” гэх хязгаар байдаг. Энэ нь ихэвчлэн тэгш өнцөгт эсвэл тойрог хэлбэртэй энгийн геометрийн хүрээ байдаг. Хэрэв хоёр объектын хитбокс давхцвал тоглоом үүнийг мөргөлдсөн гэж үзэж тодорхой үйлдэл гүйцэтгэнэ. Жишээлбэл Minecraft тоглоомд тоглогч блок дээр зогсож чадах эсэх, эсвэл хананд тулсан эсэхийг ийм зарчмаар тооцоолдог.

Гэхдээ бүх тоглоом бодит амьдралын физикийг яг хуулбарладаггүй. Физик “зөв” тооцоологдсон ч мэдрэмж буруу байж болно. Заримдаа бодит байдал сонирхолтой биш байж болно. Дүр хэт хүнд, эсвэл хэт хөнгөн мэт санагдаж магадгүй. Иймээс хөгжүүлэгчид тестлэх шатанд олон удаа туршиж, gravity, friction, jump хүч зэрэг утгуудыг бага багаар өөрчилж тохируулдаг. Жишээлбэл Fortnite дээр дүрүүд бодит хүнийхээс илүү өндөр үсэрч, агаарт удаан тогтдог. Энэ нь физикийн алдаа биш, харин зориуд хийсэн шийдэл юм. Тоглоомын гол зорилго нь бодит байдлыг хуулбарлах бус, харин тоглогчид таатай, сонирхолтой мэдрэмж өгөх явдал. Иймээс хөгжүүлэгчид таталцлын хүч, үрэлт, массын утгуудыг өөрчилж “feel” буюу хөдөлгөөний мэдрэмжийг тохируулдаг.

Тоглоом доторх физик бол зүгээр нэг хөдөлгөөн биш. Энэ бол математик томъёо, физикийн зарчим, логик тооцоолол, туршилт тохируулгын нийлбэр юм. Бид дэлгэцийн цаана зугаацаж байх зуур бодит ертөнцийн хууль тоон хэлбэрээр ажиллаж байдаг. Тоглоом бүтээнэ гэдэг нь зөвхөн дүр зурж, код бичих бус, харин өөрийн гэсэн шинэ ертөнцийн физикийг зохион байгуулах явдал юм.