Partikel

Technik der Computerspiele
Physik
Physik Simulation: Inhalt
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Motivation
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Partikel
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Bsp: Feuerwerk, Artillerie
Massenansammlungen
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Ketten, Stoffe, …
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auch Körper (Pyramide,...)
Starre Körper
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Kisten, Flugzeug, Avatar, …
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Physik-Engine
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Zusammenfassung
Physik Simulation: Motivation
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Realitätsgrad
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Lebendigere Welt
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reine „Physik-Spiele“
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World of Goo →
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Crazy Machines
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Crayon Physics
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Bridge Builder →
Partikel-Physik
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einzelne „Massenpunkte“
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besitzen u.a. Position, Masse, …
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Reaktion auf Schwerkraft
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Simulation von Trägheit
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Wurfparabel (Artillerie)
Verwendung: Feuerwerk
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(ein Partikel repräsentiert einen Leuchtkörper)
Partikel-Physik: Repräsentation
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Vektoren als Datenstruktur im Objekt für:
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Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung,
wirkende Kräfte (Akkumulator)
Masse → Repräsentation der inversen Masse
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Kehrbruch der Masse: 1/m
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„unendliche Masse“ möglich ↔ keine „Null-Masse“
Partikel-Physik: Bewegung
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Akkumulator für Kräfte
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resultierende Kraft
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Beschleunigung von Kraft und Masse abhängig
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Geschwindigkeit aus Beschleunigung und Zeit
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Position aus alter Position und Geschwindigkeit
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Abhängigkeit von der Bildrate der Simulation
Partikel-Physik: Kraft-Generator
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Kraft-Generator symbolisiert eine spez. Kraft
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Beeinflussung der Beschleunigung des Objekts
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Bsp: Gravitationskraft, Federkraft
Geschwindigkeit oder Position bleibt unberührt
Registrierung als Bindeglied
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Kraft-Generator und Objekt sind der Reg. bekannt
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pro Frame: Iterieren über alle registrierten Objekte
Partikel-Physik: Demo
Partikel-Demo:
Feuerwerk, Ballistik
Massenansammlungen
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Körper/Objekt aus Partikeln und Federn
zusammengesetzt
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Ketten, Stoffe, …
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Bsp: Hängebrücke
Massenansammlungen: Federn
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Federkraft-Generator
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Ausdehnung der Feder: Strecke zw. 2 Positionen
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Hookesches Gesetz
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Restlänge der Feder → keine Kraft
Verankerte Feder → ein Punkt fest im Raum
Massenansammlungen: Demo
Massenansammlung Demo:
Hängebrücke
Starre Körper
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dreidimensionale
Ausdehnung
jetzt: Orientierung
und Rotation
Bsp: Kisten, Kugeln,
Flugzeuge, ...
Starre Körper: Repräsentation
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vgl. Partikel (Pos., Geschw, …)
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zusätzliche Datenstrukturen:
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Orientierung
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Drehmoment
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Drehgeschwindigkeit
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Trägheitsmoment-Tensor
Orientierung von Objekten →
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Euler-Winkel, Achse-Winkel,
Rotationsmatrix
Quaternion
Starre Körper: Rotation
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Kraft nicht direkt auf Schwerpunkt → Rotation
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Drehbeschl. = Drehmoment * Trägheitsmoment
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Trägheitsmoment
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Repräsentation durch Tensor (3x3 Matrix)
Rotationsgeschwindigkeit
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alte Geschw. + Drehbeschl.
Starre Körper: Demo
Starre Körper Demo
Physik-Engine
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immer aufwändigere Physik in Spielen
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Wiederverwendbarkeit wichtig
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allgemeine Algorithmen → anpassbar
Physik-Engine (Bsp. Havok, PhysX, ...)
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wiederverwendbar durch Abstraktion
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Zusammenspiel von Einzeleffekten
Zusammenfassung
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Simulation von einzelnen Partikeln/Massen
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Position, Geschwindigkeit, Beschleunigung
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Kräfte
Simulation von Massenansammlungen
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Massen-Verbindungen (Federn)
Simulation dreidimensionaler Körper
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Rotation, Orientierung,...
Buchempfehlung
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Game Physics Engine Development
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Autor: Ian Millington
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