Вас вітає Інтернет конференція!
Вітаємо на нашому сайті
ПРИНЦИПИ РОБОТИ ФІЗИКИ У ВІДЕОІГРАХ: ДИСКРЕТНА СИМУЛЯЦІЯ ТА КОМПРОМІСИ РЕАЛЬНОГО ЧАСУ
19.01.2026 17:02
[1. Інформаційні системи і технології]
Автор: Обидало Олександр Сергійович, здобувач першого (бакалаврського) рівня ОП «Комп’ютерні науки», Харківський національний університет радіоелектроніки; Пономарьова Світлана Владиславівна, старший викладач кафедри СТ, інженер кафедри СТ, Харківський національний університет радіоелектроніки
ORCID: 0009-0006-6636-3834 Обидало О. С.
ORCID: 0000-0002-4391-6639 Пономарьова С. В.
Сучасні відеоігри досягли високого рівня візуального реалізму, однак переконливість інтерактивного середовища значною мірою визначається поведінкою об’єктів у динаміці. Саме фізична симуляція відповідає за рух, зіткнення, взаємодію та деформації. На відміну від інженерних чи наукових моделей, ігрова фізика повинна працювати в режимі реального часу, забезпечуючи стабільний результат за мілісекунди [1]. Це зумовлює застосування наближених методів і контрольованих компромісів між точністю та продуктивністю.
Ключовою особливістю ігрової фізики є дискретне подання часу. Замість безперервного процесу симуляція виконується з фіксованим кроком (наприклад, 1/60 секунди). На кожному кроці обчислюється новий стан системи, а між кадрами взаємодії вважаються відсутніми.
Це призводить до характерних проблем, зокрема туннелювання, коли швидко рухомий об’єкт може за один крок повністю перетнути перешкоду, не зафіксувавши зіткнення. Для зменшення цього ефекту застосовують трасування променів або неперервне виявлення зіткнень (CCD), однак такі методи використовуються вибірково через їхню високу обчислювальну вартість [2].
Фіксований часовий крок забезпечує передбачуваність і стабільність симуляції, що особливо важливо для складних контактів і обмежень.
Фізика твердих тіл (Rigid Body Physics) є основним підходом у більшості ігор. Вона оперує недеформованими об’єктами, які мають масу, інерцію, форму зіткнення та швидкості.
Типовий цикл оновлення фізичного світу складається з чотирьох етапів:
1. Інтегрування — оновлення позицій і орієнтацій об’єктів відповідно до їхніх швидкостей.
2. Пошук зіткнень — виявлення пар об’єктів, що потенційно контактують.
3. Розв’язання контактів — обчислення імпульсів, які запобігають проникненню тіл одне в одне.
4. Застосування зовнішніх сил — гравітації, опору, ігрових ефектів.
Для зменшення навантаження застосовується механізм «засипання»: об’єкти, які тривалий час залишаються нерухомими, тимчасово виключаються з розрахунків.
Процес виявлення зіткнень поділяється на широку фазу, де швидко відсіюються далекі об’єкти, та вузьку фазу, яка виконує точну перевірку геометрії. Для підвищення продуктивності колайдери зазвичай спрощують до примітивних форм (сфери, бокси, капсули), що значно швидше обробляються, ніж високополігональні моделі [3].
Ключовим компонентом є солвер обмежень, який забезпечує коректну реакцію на множинні контакти. Наївні однокрокові методи призводять до нестабільності, тому в ігрових рушіях застосовують ітераційні чисельні методи. Підхід, популяризований у Box2D розробником Ерін Катто, передбачає багаторазове уточнення імпульсів, використання «теплого старту» та окрему корекцію проникнення. Це дозволяє досягти стійкої поведінки навіть у складних сценах, наприклад у стопках об’єктів.
Фізика м’яких тіл (Soft Body Physics) використовується для моделювання тканини, рослинності або желеподібних матеріалів. На відміну від твердих тіл, об’єкт представляється як набір частинок, з’єднаних обмеженнями.
Частинки інтегруються за допомогою методу Верле, де швидкість не зберігається явно, а визначається різницею позицій. Зв’язки між частинками задають бажану відстань, яка відновлюється шляхом ітеративної корекції позицій. Такий підхід, запропонований Томас Якобсен, забезпечує просту реалізацію та високу продуктивність, хоча й не гарантує строгого фізичного реалізму [4].
Перевагою методу є правдоподібна деформація та стабільність при великих часових кроках. Недоліком — обмежена точність і можливі артефакти при складних контактах
Сучасні фізичні рушії поєднують різні моделі та активно використовують оптимізації. До основних належать спрощення колайдерів, зменшення частоти оновлення фізики з інтерполяцією руху, скорочення кількості ітерацій солвера та агресивне усыплення неактивних об’єктів. Вибір параметрів завжди є компромісом між якістю симуляції та доступним обчислювальним бюджетом.
Висновки. Ігрова фізика є інженерною дисципліною реального часу, де пріоритетом виступають стабільність, передбачуваність і правдоподібність, а не строгий фізичний реалізм. Дискретність часу зумовлює використання ітераційних солверів і позиційних корекцій, які стали стандартом індустрії. Подальший розвиток фізичних симуляцій залишається ключовим чинником підвищення переконливості інтерактивних світів, оскільки саме динаміка найчастіше визначає відчуття «живої» реальності у відеоіграх.
Література
1. Hwu W.W. GPU Computing Gems: Emerald Edition Morgan Kaufmann, - 886 p. , 2011.
2. Trkulja M. Godot 3D Game Development: 2D Adventure Games, 3D Maths and Physics, Game Mechanics, Animations, and 3D Game Development, 163 p, 2023.
3. Russell S., Norvig P. Artificial Intelligence: A Modern Approach. Pearson, 1152 p., 2021.
4. Goodfellow I., Bengio Y., Courville A. Deep Learning. MIT Press, 800 p., 2016.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License
Знайшли помилку? Виділіть помилковий текст мишкою і натисніть Ctrl + Enter
Інші наукові праці даної секції
-
ГЕОІНФОРМАЦІЙНІ ТЕХНОЛОГІЇ ЯК ІНСТРУМЕНТ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ СТАЛОГО РОЗВИТКУ РЕГІОНІВ УКРАЇНИ У ПОВОЄННИЙ ПЕРІОД
19.01.2026 23:12 -
ІГРИ ТА ГЕЙМІФІКАЦІЯ В ОСВІТІ: ПРОБЛЕМА СПІВВІДНОШЕННЯ
18.01.2026 13:26 -
НАУКА, ТЕХНОЛОГІЇ ТА ПРОМИСЛОВІСТЬ У ЦИФРОВУ ЕПОХУ
14.01.2026 13:04 -
ВИКОРИСТАННЯ ТЕХНОЛОГІЙ BIC DATA ТА ШТУЧНОГО ІНТЕЛЕКТУ В НАФТОГАЗОВІЙ ЕНЕРГЕТИЦІ
14.01.2026 10:43
Конференції
Конференції 2026
Конференції 2025
Конференції 2024
Конференції 2023
Конференції 2022
Конференції 2021
