Piękna fizyka w grach to jest coś, co koneserowi jeży włosy na rękach z podniecenia. Od małego interesowałem się programowaniem symulacji i wprowadzenie fizyki do gier bardzo mnie zaciekawiało. Zwłaszcza że zaczynałem od takich komputerów jak Commodore 64 i Amiga, więc mam porównanie do bardzo starych tytułów. Kiedy pamięta się czasy, gdy szło się zabić o piksele na ekranie, bardzo docenia się to, co w kwestii poprawienia fizyki gier zrobiono. A postęp jest niesamowity i co najlepsze, to jeszcze nie koniec. Firma Nvidia właśnie zapowiedziała kolejne usprawnienia.

Mam zboczenie oceniania jakości estetycznych gier po tym, jak wygląda i pracuje mechanizm wody i światła. Jestem na tym punkcie mocno uwrażliwiony. Tym bardziej cieszy mnie, kiedy widzę, że wprowadza się kolejne usprawnienia w kwestii fizyki symulacji i gier. Pamiętam czasy, kiedy odbicia w lustrach były tylko kopią tekstury. Na dziś dzień mechanizmy są o wiele bardziej skomplikowane i efektowne.

PhysX Nvidii, niegdyś przejęty z firmą Ageia, doczeka się sporej aktualizacji w 2020 roku.

Kiedyś PhysX była osobną kartą do  sprzętowego przyspieszania obliczeń fizycznych w grach wideo. Została jednak wycofana z produkcji. Obecnie PhysX jest silnikiem fizyki w grach i symulacjach. Jest to  zestaw narzędzi programistycznych (SDK) umożliwiający uzyskiwanie w grach wideo i grach komputerowych efektów specjalnych ściśle naśladujących zachowanie się rzeczywistych obiektów fizycznych. Silnik PhysX SDK umożliwia nadawanie obiektom podstawowych własności fizycznych (np. masy, położenia, prędkości, przyspieszenia) i definiowanie ich oddziaływań między sobą (np. poprzez zderzenia, tarcie, przeguby) oraz z otoczeniem (np. wskutek działania grawitacji, antygrawitacji, podmuchów wiatru). Biblioteka zawiera zaawansowane funkcje do detekcji zderzeń obiektów w czasie rzeczywistym, symulacji postaci i pojazdów w ruchu, przepływów cieczy i gazów (w tym przepływów turbulentnych), eksplozji, ruchu tkanin (np. na wietrze), a także odkształceń różnych obiektów (np. ściskania balonu, zgniatania blaszanej puszki, rozrywania tkaniny). Zieloni zapowiadają nowe metody symulacji cząstek i zwartych obiektów. Wykorzystają do tego techniki znane ze świata nauki i przemysłu samochodowego.

Szykują się zatemat spore usprawnienia w świecie gier komputerowych.

Chodzi dokładnie o fizykę gier. Nvidia oficjalnie zapowiedziała zestaw narzędzi dla deweloperów o nazwie PhysX 5.0. Okazuje się, że do bibliotek odpowiedzialnych za efektowność tytułów dodano kolejne opcje, które będą miały wpływ na zamiany. Bardzo zaciekawił mnie temat, ponieważ spodziewać możemy się lepszej deformacji obiektów oraz poprawionej symulacji cieczy. Są to tematy bardzo dla mnie ważne w grach — zwłaszcza fizyka płynów. Nowości zaprezentowane przez Nvidię budzą duże zainteresowanie w świecie IT. Pierwszą z nich jest model elementów skończonych. Metoda elementów skończonych służy do rozwiązywania układów równań różniczkowych. Jest ona stosowana m.in. w mechanice komputerowej przy symulacjach wytrzymałości konstrukcji, naprężenia, czy wspomnianego już wyżej odkształcenia. Obiekty reprezentowane są jako siatka czterościennych elementów, do których przypisano parametry materiałowe dotyczące sztywności, sposobu zmiany objętości, granicy naprężenia, czy deformacji plastycznej. Projekt ma być uzupełnieniem dla fizyki ciał sztywnych. Dzięki temu modelowi możliwa jest realistyczna symulacja deformacji ciał.

GPU Nvidia

Do tego wszystkiego dochodzi poprawiona fizyka cieczy i płynów.

Bardzo ciekawe jest, że teraz programiści będą mogli stosować symulacje dyskretnych cząstek do modelowania płynów i przepływu ziarnistego. Są to (pod kątem matematyczno-fizycznym) naprawdę fascynujące modele. Co więcej, firma Nvidia chwali się wysoką skalowalnością tego rozwiązania. Wykorzystany model elementów dyskretnych (DEM) zapewnia obliczenia dla tarcia i przyczepności. Warto wspomnieć też, że nowy PhysX 5.0 wykorzystuje również implementację SPH. Używa się jej do symulacji cieczy z dyskretnymi cząsteczkami, stosowanej w oceanografii i wulkanologii. Nie jest to jednak wszystko, co Nvidia nam zaproponowała.

Poprawki pojawią się także w symulacji tkanin.

Nvidia użyje do tego tzw. modelu cząstek z ograniczeniami. Dodatki pozwolą na naturalne odkształcenia wynikające z pojawienia się mechanizmu podmuchu. Zastosowana została też siatka, która umożliwia prezentację symulacji aerodynamicznego wzrostu i oporu. PhysX 5.0 pozwala też na usprawnienia modelu masowo-spężynowego. Schemat sprawdzi się też w przypadku ciał stałych. Wszystko dlatego, że struktura składająca się ze wspomnianych siatek może być modyfikowana podobnie jak w przypadku odkształcania plastycznego.

Nvidia centrum danych

PhysX SDK 5.0 powinien pojawić się już na początku 2020 roku.

Już nie mogę się doczekać tego momentu i aż zacieram ręce. Jestem w stanie sobie tylko wyobrazić, o ile poprawi to odczucia estetyczne gracza. Może i model fizyki w grach nie jest jeszcze idealny, ale jako osoba, która pamięta spacer po pikselach, jestem w stanie docenić ogrom włożonej pracy. Dobra fizyka gier to ogromna moc obliczeniowa. Dzisiejsze komputery mogą naprawdę wiele, ale czasami to za mało, aby udźwignąć realistyczną symulację z interakcją ze strony użytkownika i czasami jeszcze innych osób w sieci. Wszystko wygląda fajnie ze strony Kowalskiego siedzącego na krześle, przed kontrolerem. Ilość obliczeń, jaka dzieje się po drugiej strony zabiłaby każdego, kto nie przeszedł kursu matematyki na studiach ścisłych. Myślę, że cierpliwość ma tu duże znaczenie. Fizyka gier idzie w bardzo dobrym kierunku i już niedługo będziemy mogli cieszyć się naprawdę realnym światem po drugiej stronie matrycy.

PJ
Przemek jest mózgiem operacyjnym SpeedTest.pl. Studiował na Politechnice Wrocławskiej elektronikę i telekomunikację. Zarządza projektami IT, relacjami z klientami oraz nadzoruje procesy rozwoju. Prywatnie zaangażowany w rodzinę, wsparcie różnych działalności charytatywnych i projekty ekstremalne.