Kolejka do fizyki

Postacie, przedmioty, pociski, wyścigówki, ogień i dym ruszają się w zgodzie z prawami fizyki. Gry, które chcą je naśladować w sposób przekonywający, muszą radzić sobie ze sprawnym rozwiązywaniem wielkiej liczby równań.


Postacie, przedmioty, pociski, wyścigówki, ogień i dym ruszają się w zgodzie z prawami fizyki. Gry, które chcą je naśladować w sposób przekonywający, muszą radzić sobie ze sprawnym rozwiązywaniem wielkiej liczby równań.

Od "Dooma" po "Crysis", autorzy gier starają się wykreować w sztuczny sposób obraz i dźwięk najbardziej podobny do tego, który znamy z realnego życia. Oczywiście, producenci mogą liczyć na pomoc wyobraźni użytkowników, ale jazda samochodu po torze wyścigowym w otoczeniu rywali czy całe życie miejskie w "City 17" nie powinno sprawiać wrażenia sztuczności. Pierwszym etapem urealnienia gier było wprowadzenie trójwymiarowych grafiki i dźwięku, ale dopiero fizyka jest tym elementem, który naprawdę zwiąże je wszystkie w jedną, sugestywną całość. Dzisiaj chcemy mieć takie gry, w których postacie zachowują się jak w realnym świecie.

W "Half-Life 2" fizyka staje się główną osią akcji.

W "Half-Life 2" fizyka staje się główną osią akcji.

Oczywiście fizyka w grach nie jest całkowitą nowością, podobnie jak grafika 3D nie zaczęła się od "Quake'a". Niemniej jednak jej czas dopiero nadchodzi. Sprzyja temu wzrost mocy wielu rdzeni procesora, opracowanie wyspecjalizowanych procedur, które dość łatwo dzielą się na niezależne wątki, istnienie wydajnych procesorów graficznych, w dużym stopniu programowalnych, i powstanie nowych układów obliczeniowych, przystosowanych do rozwiązywania takich zadań. W ten sposób wytworzył się korzystny klimat do eksperymentowania z grami, w których fizyka będzie nie tylko upiększającą ilustracją akcji, ale stanie się jej osią. Wyjaśnimy, jak to będzie możliwe i czego się można spodziewać, bez konieczności wnikania w naukowe zakątki.

Przez muzeum

Szczątkowe formy wykorzystywania fizyki w grach istniały od dawna. Już na początku ery mikrokomputerów, w połowie lat 80. XX wieku pisano gry symulujące efekt sił grawitacji i bezwładności, ale dopiero pojawienie się systemów 3D w środku następnej dekady zmusiło projektantów do poważniejszego potraktowania fizyki. W pierwszej kolejności pobieżnie imitowana fizyka pojawiła się w roli narzędzia w najlepszych symulatorach, takich jak "Flight Unlimited" czy "NASCAR Racing" po to, żeby poprawić ich realizm. Jednak zaraz po tym, jak ukazały się "Quake" i "Unreal" z ich odwzorowywaniem sił grawitacji i poddającym się jej ciałom, stało się jasne, że wejście fizyki do innych rodzajów gier jest tylko kwestią czasu.

Jak się można domyśleć, pierwsze w kolejce po nowe możliwości ustawiły się gry pokazujące przemoc. Tym chętniej, że w miarę jak grafika trójwymiarowa stawała się coraz bardziej realistyczna, sceny śmierci z "Quake'a" i "Unreala" wyglądały na ich tle coraz gorzej. Zabrano się za konstrukcję nowych silników. Pierwszy z nich nazwano "ragdoll physics", od określenia cyrkowej marionetki, która podobnie jak ta symulacja, nie ma w mięśniach żadnej sztywności i składa się pod wpływem niewielkiej siły. To wystarczyło, żeby bardziej realistycznie oddać reakcję postaci na siły zewnętrzne, takie jak podmuch strzału czy wybuch granatu za plecami. Mogło nią być np. gwałtowne wymachiwanie ramionami w próbie łapania równowagi, zakończone efektownym upadkiem na stos podobnych osobników. Zastosowanie tego silnika w grach takich, jak "Unreal Tournament 2003" czy "Deus Ex: Invisible War", z miejsca uczyniły je hitami sezonu.

Projektanci zdali sobie sprawę, że zastosowanie dynamiki ciała sztywnego do czegoś więcej niż korpus otwiera nowe pole do eksperymentów. Pionierami w tej dziedzinie stali się autorzy "Jurassic Park: Trespasser" (1998), ale dinozaury poruszane nowym silnikiem nie były ani zabawne, ani sterowalne. Przełom nastąpił dopiero sześć lat później, wraz z wprowadzeniem serii gier "Sight", "Psi-Ops: The Mindgate Conspiracy" oraz, przede wszystkim, "Half-Life 2", w których fizyka stała się centralną częścią akcji. Używając sił parapsychicznych w pierwszych dwóch i działa grawitacyjnego w ostatniej, gracze mogą podnosić i rzucać rozmaitymi sztywnymi i animowanymi obiektami w różnych sytuacjach, począwszy od walki, na rozwiązywaniu zagadek skończywszy. Przemysł zwrócił uwagę na jej możliwości i w ciągu ostatnich dwóch, trzech lat fizyka została wbudowana praktycznie do wszystkiego, od strzelanin w stylu "Grand Theft Auto", aż po gry fabularne. I to jest dopiero początek.

Dzisiaj

Co uczyniło z fizyki największy szlagier ostatnich sezonów? Po pierwsze, doszło do powszechnego przejścia na wielordzeniowe procesory w społeczności graczy. To efekt nie tyle wysiłków AMD i Intela na rynku pecetów, co przede wszystkim nowego punktu odniesienia, jakim stał się trzyrdzeniowy Xbox 360 i siedmiordzeniowe PlayStation 3. Inni projektanci zauważyli, że najlepsi, Valve ("Half-Life 2"), Epic ("Unreal Tournament 2004") i Bungie ("Halo"), są w stanie wykorzystać symulacje fizyczne w czasie rzeczywistym i także zapragnęli wziąć udział w konkurencji. Po drugie, zrobiło się głośno wokół sprzętu, na którym będzie się wykonywało obliczenia fizyczne. Do wyboru jest wielordzeniowe CPU, karta graficzna (niektóre z wielkimi zapasami mocy) i wyspecjalizowany układ, który ma w swoim arsenale umiejętność wykonywania specyficznych operacji przyśpieszających rozwiązywanie równań fizycznych, takich jak procesor PhysX z firmy AGEIA.

Po kilku latach pracy programistów mamy już parę dopracowanych silników, które czynią dodawanie fizyki do gier zadaniem nieskomplikowanym i tanim. Jeden z nich, Havok Game Dynamics SDK, nazywany potocznie Havok, jest silnikiem stworzonym do gier komputerowych i telewizyjnych, aby umożliwić interakcję różnych obiektów w czasie rzeczywistym. Biblioteka wykorzystuje detekcję kolizji, żeby animacja i świat przedstawiony na ekranie monitora czy telewizora były bardziej podobne do rzeczywistości. Niestety, jest trochę za drogi. Sprzętowy PhysX z AGEI oferuje podobne możliwości za darmo, jeśli tylko projektant w wersji swojej gry na PC uwzględni wspomaganie ze strony tego układu. Darmowe są także inne silniki programowe, wśród nich ODE, jawny kod wspomagający obliczenia dynamiki ciała sztywnego, który został wykorzystany do wielu symulatorów lotu, wyścigów samochodowych i w przygotowywanej grze "S.T.A.L.K.E.R., cień Czarnobyla". Jest też grupa deweloperów, takich jak Crytek, którzy wolą wykorzystywać własną, zastrzeżoną technologię.

Próbki

David O'Meara, szef Havoku, jest przekonany, że dzisiaj jesteśmy w stanie odwzorować na ekranie masowy kataklizm, na który złożą się skomplikowane współdziałania setek, a może nawet tysięcy sztywnych brył i wielkich wehikułów, przekonywająco i zabawnie oddziałujących na siebie i środowisko. "Gdzie są ruchome rzeczy, tam możemy wykorzystać fizyczne modelowanie - twierdzi. - To oznacza przejście od takiego świata gry, w którym specyficzne obiekty, np. beczki czy skrzynki, mają swoje indywidualne cechy fizyczne, do innego, w którym wszystkie obiekty z danej sceny są modelowane zgodnie z ich fizycznymi właściwościami, takimi jak masa, siła czy nawet łatwopalność i oddziałują każdy z każdym". To samo twierdzi Simon Green, starszy programista z zespołu projektantów NVIDII: "Wszystko będzie współdziałać ze wszystkim, wszystko będzie ruchome i zniszczalne. To sprawi, że gry bardziej upodobnią się do realnego świata".