Saiba Como Criar Física Realista em Jogos

Se você jogou ou joga videogame, além de querer desenvolver o seu, você já deve ter visto muita coisa estranha e bugs engraçados que desafiam a física e a lógica.

Já deve ter ouvido falar dos “moon landing attacks” dos gigantes de Skyrim ou sobre como os cavalos conseguem escalar montanhas praticamente na vertical.

Já deve ter visto como os personagens de Red Dead Redemption 2 conseguem laçar NPCs e sair empinando eles como pipas.

Ou qualquer coisa que você faça em jogos como Just Cause, que o personagem é basicamente um herói de filmes de ação, que explode as coisas e sai voando ao usar a corda rapel e um paraquedas. Tudo isso desafia as leis da física e não são consideradas realistas.

Então, uma das coisas que os desenvolvedores de jogos mais tem dúvidas é: como criar física realista em jogos?

Claro que em um jogo realista, a gente espera que as coisas se comportem o mais parecido com a realidade, mas como simular isso na engine dos jogos? Algumas, como a Unity (site oficial) e Unreal Engine (site oficial) tem algoritmos completos para simular a física, mas como usá-los?

Se é um jogo mais fantasioso, nem tudo precisa ser igual à realidade na física, mas mesmo nesses, ainda há essa dúvida pois, mesmo que seu personagem possa voar ou soltar raios, é legal que os objetos em volta dele ainda possam reagir corretamente quando ele destruir tudo. Então, para acabar com essa dúvida, vamos falar sobre como criar física realista em jogos e, se tiver dúvidas, deixe um comentário.

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O Que É Física Dos Jogos? Definição

A física do jogo refere-se ao conjunto de regras e algoritmos usados para simular o comportamento de objetos físicos e movimentos dentro de um ambiente de videogame. É um componente essencial dos jogos modernos e desempenha um papel crucial na criação de uma experiência realista e interativa para os jogadores.

Física do mundo real: A física do jogo leva em consideração os princípios do mundo real de movimento, gravidade, detecção de colisão e outras forças físicas e os traduz em um mundo de jogo digital. Ao fazer isso, os desenvolvedores de jogos podem criar uma jogabilidade envolvente e verossímil que incorpora comportamentos e interações físicas realistas.

Física Exagerada: Alguns jogos podem apresentar física exagerada, desafiar as leis da gravidade ou introduzir elementos fantásticos que não se alinham com a realidade. Esses desvios da física do mundo real são comuns em gêneros como jogos de plataforma, jogos de arcade e jogos de fantasia, onde o prazer e a criatividade do jogo têm precedência sobre a adesão estrita à realidade.

Benefícios da física no jogo: Um dos principais benefícios da física no jogo é a sua capacidade de melhorar a qualidade visual e a natureza dinâmica dos ambientes de jogo. Ao simular movimentos e interações realistas, a física do jogo cria uma experiência de jogo mais envolvente e interativa. Isto é especialmente importante em jogos orientados para a ação, onde os sistemas baseados na física podem adicionar um nível significativo de profundidade e realismo à jogabilidade.

Alguns exemplos de física do jogo em ação incluem:

• Personagens que pulam e caem de acordo com a gravidade;
• Objetos que se movem e colidem com outros objetos de forma realista;
• Água que flui e se comporta de maneira natural;
• Explosões e outros efeitos visuais que simulam o comportamento físico;

Engines de Física

No coração da física de qualquer jogo está o seu motor, uma sofisticada estrutura de software projetada para simular as leis da física. Dois exemplos de destaque fornecem uma janela para a diversidade de abordagens:

Havok

Aproveitado por títulos renomados como “Half-Life 2” e “Dark Souls”, Havok se destaca na simulação de dinâmicas de corpos rígidos e cenários de colisão intrincados. Ele emprega uma versão avançada do método simplético de Euler, uma técnica de integração numérica que equilibra a eficiência computacional com a estabilidade necessária para interações físicas precisas.

A habilidade do Havok reside na sua capacidade de lidar com milhares de objetos dinâmicos em tempo real, contribuindo para os ambientes fluidos e responsivos pelos quais os jogadores navegam.

Para criar física realista no Unity com o Havok, é essencial entender como esse motor de física se integra ao ecossistema do Unity e quais recursos ele disponibiliza. O Havok fornece um conjunto abrangente de ferramentas de simulação física projetadas para oferecer realismo e precisão, incluindo simulação de corpos rígidos, tecidos, destruição, e fluidos.

Comece adicionando o pacote Havok Physics ao seu projeto do Unity através do Unity Package Manager. Após a instalação, você terá acesso aos componentes do Havok Physics que podem substituir ou complementar o sistema de física integrado do Unity. Por exemplo, para aplicar a física do Havok a um objeto, adicione um componente RigidBody do Havok ao invés do RigidBody padrão do Unity.

Ajustar as propriedades dos componentes, como massa, atrito, e restituição, permite simular diferentes materiais e interações realistas. Além disso, o Havok oferece ferramentas avançadas de diagnóstico e visualização para otimizar e depurar as simulações.

Integrar o Havok com sistemas de animação e game logic existentes no Unity também é crucial para criar experiências imersivas. Utilizar esses recursos eficientemente pode elevar significativamente a qualidade da física nos jogos, proporcionando um nível de realismo e resposta nunca antes visto.

Um exemplo simples de como aplicar uma força a um objeto em C#:

using UnityEngine;

public class ApplyForceExample : MonoBehaviour
{
    public Rigidbody rb; // A referência para o Rigidbody do objeto
    public Vector3 forceDirection = new Vector3(1, 0, 0); // Direção da força
    public float forceMagnitude = 10.0f; // Magnitude da força

    void Start()
    {
        if (rb != null)
        {
            // Aplica uma força no início
            rb.AddForce(forceDirection.normalized * forceMagnitude, ForceMode.Impulse);
        }
    }
}

PhysX da NVIDIA

Um elemento básico em jogos como “Witcher 3” e o onipresente “Fortnite”, PhysX vai além da mera colisão e da dinâmica corporal rígida para abranger a simulação de tecidos e a dinâmica de fluidos baseada em partículas.

Ele abrange a estrutura de dinâmica baseada em posição (PBD), onde as posições dos objetos são manipuladas diretamente para atender às restrições do sistema físico, oferecendo uma simulação mais estável e controlável, especialmente adequada para mundos virtuais interativos onde a entrada do usuário pode resultar em resultados físicos imprevisíveis.

Criar física realista no Unity com o uso do PhysX da NVIDIA envolve entender e aplicar conceitos fundamentais de física computacional, tais como gravidade, colisões, materiais físicos, e forças. O PhysX, sendo um motor de física robusto e versátil, permite simulações detalhadas e realistas em tempo real.

Primeiramente, é crucial compreender os componentes físicos básicos do Unity, como Rigidbody, que adiciona características físicas a um objeto, permitindo que ele reaja à gravidade, colisões e forças aplicadas. O ajuste de propriedades como massa, drag, e useGravity no Rigidbody influencia diretamente o comportamento físico dos objetos.

Colisões e interações entre objetos são gerenciadas através de Colliders, que definem as fronteiras físicas dos objetos para detecção de colisões. A combinação de diferentes tipos de Colliders e ajustes precisos é essencial para resultados realistas.

Materiais físicos, definidos no Unity como Physic Materials, permitem a personalização da fricção e elasticidade nas superfícies dos objetos, o que é fundamental para simular interações realistas.

Ao aplicar forças aos objetos, é possível utilizar o método AddForce do Rigidbody para simular empurrões, puxões, e outras forças dinâmicas. A chave para uma física convincente está na aplicação equilibrada e precisa dessas forças, levando em consideração a massa e a resistência dos objetos.

Integrar o PhysX no desenvolvimento no Unity oferece ao desenvolvedor um controle detalhado sobre a física do jogo, permitindo simulações complexas e imersivas. Práticas como otimização de performance, ajustes finos nas propriedades físicas, e testes rigorosos são essenciais para alcançar o melhor resultado possível.

Como a física do jogo é implementada?

A física dos jogos é um campo complexo que possui vários aspectos técnicos. A implementação da física dos jogos envolve o uso de várias técnicas e algoritmos para simular a física em videogames. O processo de implementação pode ser dividido em três componentes principais: cinemática, dinâmica e detecção de colisão.

Cinemática na Física dos Jogos

À cinemática na física dos jogos lida com o movimento dos objetos no mundo do jogo. Envolve calcular a posição, velocidade e aceleração de objetos com base em seus atributos físicos, como massa, velocidade e direção. Equações e algoritmos cinemáticos são usados para simular movimentos realistas em jogos, desde o movimento dos personagens até o comportamento de projéteis e veículos.

Um aspecto essencial da cinemática na física dos jogos é a detecção de colisões. O jogo pode calcular o movimento resultante e determinar se algum dano ou outros efeitos devem ocorrer, detectando com precisão quando dois objetos colidem. A cinemática também é usada para criar animações realistas, como personagens pulando e correndo, calculando o movimento apropriado à medida que as ações são executadas.

No geral, a cinemática é um aspecto significativo da física do jogo, pois contribui para o realismo do mundo do jogo, tornando-o mais envolvente e envolvente para os jogadores.

Dinâmica na Física dos Jogos

A dinâmica é um componente essencial da física do jogo que contribui para criar uma experiência de jogo envolvente. Ele trata do comportamento e das interações entre objetos no mundo do jogo, incluindo gravidade, fricção e outras forças.

Os desenvolvedores usam vários algoritmos para simular dinâmicas, incluindo dinâmica de corpo rígido, dinâmica de corpo mole e dinâmica de fluidos em videogames. Ao fazer isso, eles podem criar uma jogabilidade realista e responsiva que imita a física do mundo real.

Por exemplo, em um jogo de corrida, a dinâmica desempenha um papel crucial na simulação do movimento, direção e colisões do carro com outros carros e objetos. Da mesma forma, em um jogo de tiro em primeira pessoa, a dinâmica determina o comportamento de projéteis, explosões e outras interações entre os jogadores e o mundo do jogo.

À dinâmica também pode afetar o desempenho do jogo. Em alguns casos, muitas interações dinâmicas podem causar lentidão ou travamentos no jogo. Portanto, os desenvolvedores precisam equilibrar o uso de elementos dinâmicos para garantir o desempenho ideal, mantendo o realismo e a imersão do jogo.

Um conceito relacionado é a física ragdoll. Envolve principalmente a simulação do comportamento dinâmico do corpo de um personagem com base em princípios da física. Quando a física ragdoll é aplicada, os membros e articulações de um personagem são tratados como corpos rígidos conectados com peso e propriedades como inércia.

Detecção e resposta de colisões em física de jogos

À detecção e resposta a colisões são aspectos fundamentais da implementação da física do jogo. Sem eles, os objetos no mundo do jogo simplesmente passariam uns pelos outros, criando uma jogabilidade irreal e que quebraria a imersão. À detecção de colisão é o processo de determinar quando dois ou mais objetos no mundo do jogo entram em contato um com o outro.

Existem várias técnicas usadas para detecção de colisão, incluindo caixas delimitadoras, esferas delimitadoras e detecção de colisão baseada em malha. Essas técnicas envolvem a criação de formas simples ao redor dos objetos e a verificação se eles se cruzam.

Uma vez detectada uma colisão, a resposta à colisão é usada para determinar como os objetos reagem entre si. Isto envolve calcular a direção e a velocidade dos objetos, bem como quaisquer forças ou impulsos que possam ser aplicados a eles. O objetivo é criar uma reação realista e visualmente atraente à colisão.

Os mecanismos físicos geralmente lidam com a detecção e resposta de colisões automaticamente, usando algoritmos complexos para calcular as interações entre objetos em tempo real. No entanto, os desenvolvedores de jogos também podem personalizar essas interações para criar experiências de jogo únicas.

Existem vários algoritmos de detecção de colisão usados na implementação da física do jogo, incluindo detecção de colisão AABB, esfera, OBB e raycast. Cada algoritmo tem seus pontos fortes e fracos e é adequado para cenários específicos.

Dinâmica De Corpos Em Física De Jogos

Quando se trata de discutir física de jogos, não se pode deixar de lado o tema da dinâmica do corpo rígido. A dinâmica de corpos rígidos trata do movimento e comportamento de objetos sólidos não deformáveis. Esses objetos, como um carro, uma bola ou um prédio, são normalmente tratados como uma coleção de pontos de massa com propriedades físicas específicas.

As propriedades físicas de um corpo rígido incluem massa, velocidade, velocidade angular e orientação. A simulação da dinâmica de corpos rígidos em videogames envolve calcular as forças que atuam em cada ponto de massa e atualizar suas posições e orientações de acordo.

O algoritmo mais comumente usado para dinâmica de corpos rígidos são as equações de Newton-Euler, que são baseadas nas leis do movimento e conservação de energia. A implementação da dinâmica do corpo rígido é crucial para a criação de uma jogabilidade realista baseada na física. Jogos que utilizam dinâmica corporal rígida podem modelar com precisão o movimento dos objetos e suas interações com o mundo do jogo.

A dinâmica do corpo mole é um aspecto fascinante da física do jogo que trata da simulação de objetos deformáveis, como tecidos, fluidos e carne. Ao contrário da dinâmica do corpo rígido, a dinâmica do corpo mole é mais complexa e requer técnicas avançadas para simular movimentos e deformações realistas.

Uma das técnicas mais comuns usadas para simular a dinâmica de corpos moles é o método dos elementos finitos. Esta abordagem envolve dividir o objeto em uma série de pequenos elementos conectados que podem se mover e interagir entre si. O movimento e a deformação de cada elemento são então calculados com base em um conjunto de leis e restrições físicas.

Outra técnica usada na dinâmica de corpos moles são os sistemas massa-mola. Esta abordagem emprega uma rede de massas e molas interligadas que podem deformar-se e esticar-se à medida que forças lhes são aplicadas. O movimento e a deformação do objeto são então calculados com base no movimento dessas massas e molas.

Impacto no realismo do jogo

A implementação da dinâmica de corpos moles e rígidos podem ter um impacto significativo no realismo geral de um jogo. Por exemplo, simular tecidos usando dinâmicas corporais suaves pode criar movimentos de roupas mais realistas, fazendo com que os personagens do jogo pareçam mais reais. Da mesma forma, usar a dinâmica de corpos moles para simular fluidos pode criar efeitos de água com aparência mais natural e melhorar a imersão geral do jogo.

A dinâmica de corpos moles também é útil para simular a deformação de objetos em resposta a colisões. Por exemplo, em um jogo de corrida, simular a deformação da carroceria de um carro após uma colisão pode aumentar o realismo da jogabilidade e criar uma experiência mais envolvente para o jogador.

Além disso, simular com precisão a dinâmica de corpos moles requer um alto grau de precisão e atenção aos detalhes. Um pequeno erro na simulação pode levar a movimentos irrealistas, deformações ou colisões, o que pode quebrar a imersão do jogo e prejudicar a experiência geral do jogo.

Já a dinâmica dos corpos rígidos são praticamente obrigatórias para qualquer jogos, pois, no geral, a maior parte do mundo será construído deles. Seja prédios, corpos humanos, carros, árvores. Tudo que está no mundo precisa ter seu nível de dureza para que o impacto de outro corpo cause algum dano ou reação.

Por exemplo, um carro em um jogo de corrida pode derrapar de forma realista, colidir com outros carros ou obstáculos e sofrer danos. Vários motores de videogame, como Unity e Unreal Engine, fornecem suporte integrado para dinâmicas de corpo rígido. Esses motores oferecem uma ampla gama de controles e opções para os desenvolvedores ajustarem o comportamento de corpos rígidos e criarem experiências de jogo atraentes.

FAQ Rápido sobre Como Criar Física Realista em Jogos

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