Физика для игровых программистов

Stron: 362

Format: 16,5 x 23,4 cm

Rok wydania: 2003

Oprawa: miękka

Fizyka dla programistów gier

David M. Bourg

Stosowanie praw fizyki pomaga realistycznie i wiarygodnie modelować w grach, symulacjach i animacjach niemal wszystko, co wokół podskakuje, lata, toczy się, ześlizguje; ogólnie mówiąc, nie pozostaje w spoczynku. "Fizyka dla programistów gier" ma być punktem startowym dla osób zainteresowanych zapewnieniem tworzonym grom realistycznego działania opartego na stosowaniu zasad fizyki.

Część pierwsza to przegląd podstawowych koncepcji mechaniki łącznie z pewnymi aspektami i problemami dynamiki ciał sztywnych, w tym kinematyki, sił i kinetyki. W części drugiej te koncepcje zostaną zastosowane do wybranych zagadnień świata rzeczywistego, np. lotu pocisków i samolotów oraz ruchu łodzi i samochodów. Część trzecia wprowadza symulacje w czasie rzeczywistym i pokazuje ich zastosowanie w grach komputerowych. Oto kilka elementów gier w których realizm znacznie wzrasta po zastosowaniu prawa fizyki:

• trajektorie rakiet i pocisków, włączając w to efekt zużywania paliwa,
• zderzenia obiektów, na przykład kul bilardowych,
• stabilność samochodów na ostrych zakrętach podczas wyścigów,
• dynamika łodzi i innych pojazdów pływających,
• tor lotu piłki baseballowej po uderzeniu kijem,
• charakterystyki lotu samolotów,
• tor lotu karty do gry wrzucanej do kapelusza.

"Fizyka dla programistów gier" nie jest przeznaczona dla ekspertów w dziedzinie fizyki, jednakże autor założył podstawową znajomość tej dziedziny na poziomie szkoły średniej. Potrzebna będzie także znajomość trygonometrii, rachunku wektorowego i macierzowego (informacje na ten temat zostały zawarte w dodatkach na końcu książki). Lektura książki wymaga także podstawowej znajomości klasycznego rachunku różniczkowego i całkowego.

Spis treści

Wstęp (7)

Rozdział 1. Koncepcje podstawowe (15)

• Prawa ruchu Newtona (15)
• Jednostki i miary (16)
• Układ współrzędnych (18)
• Wektory (19)
• Masa, środek masy i moment bezwładności (20)
• Drugie prawo ruchu Newtona (30)
• Tensor momentu bezwładności (34)

Rozdział 2. Kinematyka (41)

• Wstęp (41)
• Prędkość i przyspieszenie (42)
• Przyspieszenie stałe (44)
• Przyspieszenie zmienne (46)
• Kinematyka punktu materialnego w przestrzeni dwuwymiarowej (48)
• Kinematyka punktu materialnego w przestrzeni trójwymiarowej (50)
• Eksplozja punktu materialnego (59)
• Kinematyka ciała sztywnego (65)
• Lokalny układ współrzędnych (66)
• Prędkość kątowa i przyspieszenie kątowe (66)

Rozdział 3. Siła (73)

• Wstęp (73)
• Pola sił (74)
• Tarcie (75)
• Opór cieczy lepkiej (77)
• Uwaga o ciśnieniu (78)
• Wypór hydrostatyczny (79)
• Sprężyny i tłumienie drgań (81)
• Siła i moment siły (82)

Rozdział 4. Kinetyka (87)

• Kinetyka punktu materialnego w dwóch wymiarach (88)
• Kinetyka punktu materialnego w trzech wymiarach (93)
• Kinetyka ciała sztywnego (100)

Rozdział 5. Zderzenia (105)

• Zależność pędu i popędu (impulsu) (106)
• Zderzenie (107)
• Popęd (impuls) liniowy i kątowy (114)
• Tarcie (117)

Rozdział 6. Pociski (121)

• Proste trajektorie (122)
• Opór środowiska (126)
• Efekt Magnusa (134)
• Zmienna masa (139)

Rozdział 7. Samolot (141)

• Geometria (142)
• Siła nośna i siła oporu (145)
• Inne siły (149)
• Sterowanie (150)
• Modelowanie (152)

Rozdział 8. Statki (167)

• Pływalność (168)
• Objętość (170)
• Opór (180)
• Masa wirtualna (183)

Rozdział 9. Poduszkowiec (185)

• Zasada działania (185)
• Opór (187)

Rozdział 10. Samochody (191)

• Opór (191)
• Moc (192)
• Droga hamowania (193)
• Przechylenie drogi (194)

Rozdział 11. Symulacje w czasie rzeczywistym (197)

• Całkowanie równań ruchu (198)
• Metoda Eulera (200)
• Inne metody (205)

Rozdział 12. Dwuwymiarowy symulator ciała sztywnego (211)

• Model (212)
• Całkowanie (219)
• Sterowanie lotem (222)
• Rendering (226)

Rozdział 13. Implementacja odpowiedzi zderzenia (233)

• Odpowiedź zderzenia liniowego (234)
• Efekty związane z ruchem obrotowym (239)

Rozdział 14. Obrót ciała sztywnego (251)

• Macierze obrotu (252)
• Kwaterniony (255)

Rozdział 15. Trójwymiarowy symulator ciała sztywnego (259)

• Model (260)
• Całkowanie (264)
• Sterowanie lotem (267)
• Rendering (271)

Rozdział 16. Wiele ciał w przestrzeni trójwymiarowej (279)

• Model (280)
• Całkowanie (294)
• Odpowiedź zderzenia (295)
• Tuning (299)

Rozdział 17. Układ wielu punktów materialnych (301)

• Model (302)
• Całkowanie równań ruchu (311)
• Odpowiedź zderzenia (312)
• Tuning (313)

Dodatek A Rachunek wektorowy (315)

• Klasa Vector (315)
• Funkcje i operatory wektorowe (321)

Dodatek B Rachunek macierzowy (325)

• Klasa Matrix3x3 (325)
• Funkcje i operatory macierzowe (330)

Dodatek C. Rachunek kwaternionowy (335)

• Klasa Quaternion (335)
• Funkcje i operatory kwaternionowe (338)

Bibliografia (347)

Skorowidz (353)