[情報] 遊戲物理&動態程序動畫學習資源整理

看板GameDesign (遊戲設計)作者cjcat2266 (CJ Cat)時間5年前 (2019/07/12 01:50)推噓28(28推 0噓 0→)

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因為之前在一個Unity討論區被問到從何學起遊戲物理模擬(game physics simulation) 和動態程序動畫(procedural animation) 發現要回的東西在太多了，不如寫成一篇文，也便於分享給更多人，就po在這邊囉 :) 首先，基礎要會的是3D數學，包含向量、幾何、線性代數網路上能找到些不錯的單一主題教學在此我推薦兩本把各種主題有系統性地集合起來的書 3D Math Primer For Graphics and Game Development https://www.amazon.com/dp/1556229119/ Essential Mathematics for Games and Interactive Applications https://www.amazon.com/dp/0123742978/ 我自己也有寫一些主題&撇步式的遊戲數學文章 http://allenchou.net/game-math-series/ 再來，處理物理模擬的第一步是碰撞偵測(collision detection) 所謂碰撞偵測不是字面上的 "處理物件在物理上的碰撞" 而是回答這個是非題: "兩個物件在空間上是否有重疊" 若有空間重疊重疊，在物理模擬上稱做碰撞(collision) 有時候在遊戲中只要能夠回答這個是非題就夠了以下這本人稱橘色書("The Orange Book")算是碰撞偵測的聖經吧涵蓋了各種基礎(primitive)3D形狀組合的一對一碰撞偵測法，還有各種優化技巧 Real-Time Collision Detection https://www.amazon.com/dp/1558607323/ 除了各種基礎形狀之間的碰撞偵測外還有個GJK(Gilbert-Johnson-Keerthi)演算法是個很常用的泛用型凸(convex)形狀碰撞偵測演算法以下這本書主要是在介紹GJK Collision Detection in Interactive 3D Environments https://www.amazon.com/dp/155860801X 不過上面這本書讀起來有點硬 GJK其實沒有那麼艱澀難懂，我自己也有寫一個物理引擎系列教學文有篇是在介紹GJK，算是那本書的重點整理吧 http://allenchou.net/game-physics-series/ 知道兩個物件有碰撞之後要讓他們分開的步驟稱為碰撞解析(collision resolution) 第一步是需要找到碰撞接觸點(collision contact)和接觸撞法線(contact normal) 一般是找能夠將兩個物體透過最短移動距離分開的接觸撞點與法線 GJK只會給你物體"是否有碰撞"的一個布林值答案需要利用額外的計算才能找到碰撞點和碰撞法線其中一個演算法叫做EPA (Expanding Polytope Algorithm) 我也有寫過個EPA簡介 http://allenchou.net/2013/12/game-physics-contact-generation-epa/ 兩相互碰撞的物體間最適合用來解析的資料結構，不一定是單一接觸點與法線而是多組接觸點與法線，如疊在一個箱子上的另外一個箱子這種多組接觸點與碰線的集合稱為接觸流形(contact manifold) 跨禎(cross-frame)存在的接觸流形稱為恆存接觸流形(persistent contact manifold) 有助於模擬暖身(simulation warmstarting)以增進穩定性我寫過個如何跨禎將單一接觸點與法線融合進恆存接觸流形的重點整理 http://allenchou.net/2014/01/game-physics-stability-warm-starting/ 我的遊戲物理系列文算是我個人的學習筆記裡面涵蓋了從零做起遊戲物理引擎模擬所需的技術包含基礎動力學、廣階(broadphase)優化、碰撞偵測、碰撞解析、穩定性這是目錄 http://allenchou.net/game-physics-series/ 遊戲物理模擬方式有很多種，我採用的是目前各大物理引擎常用的方式如Box2D、Bullet、Havok等名為制限式鋼體物理模擬(constraint-based rigid body physics simulation) 說到Box2D，其作者Erin Catto(現為Bilzzard首席物理工程師) 在GDC做了很多次非常棒的演講，我非常推薦看看這些演講學會術語之後，就能看懂Box2D裡面各種變數名稱與註解用這些資源搭配解讀Box2D的程式碼來學習非常有效 https://box2d.org/downloads/ 接下來是動態程序動畫凡是利用程式動態產生的動畫或物件互動都屬於此類像是單純的球池模擬、鎖鏈甩動、目標追隨我推薦以下兩本涵蓋了很多範例和模組化概念的書雖然程式語言是ActionScript 3.0，但概念是共通的 Foundation Actionscript 3.0 Animation: Making Things Move! https://www.amazon.com/dp/1590597915/ AdvancED ActionScript 3.0 Animation https://www.amazon.com/dp/1430216085/ 動態程序動畫能夠讓遊戲有動態互動感很多人愛稱這種感覺為 "多汁(juicy)" 最常用的加汁技巧為漸變(tweening) 把數值隨著時間從初始值漸漸移動到到目標值都可稱作漸變用來漸變的數學曲線稱作漸變曲線(easing curves) 用這幾個關鍵字在網路上可以找到很多學習資源另外一個加汁技巧，我稱為數值彈簧(numeric springing) 不像漸變，數值彈簧是持續的物理模擬，能有效且圓滑地處理動態目標值我有針對數值彈簧寫一個系列教學文基礎 http://allenchou.net/2015/04/game-math-precise-control-over-numeric-springing/ 範例 http://allenchou.net/2015/04/game-math-numeric-springing-examples/ 補充 http://allenchou.net/2015/04/game-math-more-on-numeric-springing/ 數值彈簧概念是基於Erin Catto的一篇泛用軟性制限(soft constraint)的教學衍伸出來的 http://box2d.org/files/GDC2011/GDC2011_Catto_Erin_Soft_Constraints.pdf 本教學與制限式物理引擎中的Baumgarte穩定性(stabilization)關係密切算是用更精準的參數-- 震盪頻率(oscillation frequency)與震幅衰退率(oscillation amplitude decay rate) --來計算Baumgarte穩定性常數的方式以上大概就是我所知道的相關資源了本文提到的一些術語，若看不懂，順著上述資源學習研究就能循序理解學會之後就可以自由應用了 Good luck & have fun! -- Web http://AllenChou.net Twitter http://twitter.com/TheAllenChou LinkedIn http://linkedin.com/in/MingLunChou -- ※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.cc), 來自: 160.33.168.6 (美國) ※ 文章網址: https://www.ptt.cc/bbs/GameDesign/M.1562867439.A.831.html ※ 編輯: cjcat2266 (160.33.168.6 美國), 07/12/2019 02:01:34

推

Bencrie

07/12 02:09, 5年前 , 1^F

07/12 02:09, 1^F

※ 編輯: cjcat2266 (160.33.168.6 美國), 07/12/2019 04:45:21

推

jfmf

07/12 07:51, 5年前 , 2^F

07/12 07:51, 2^F

推

BeStronger

07/12 08:49, 5年前 , 3^F