Top Fiziği: Top dinlenirken son sekmeleri yumuşatmak

Küçük zıplayan top oyunumda başka bir konuya karşı geldim.

Topum dinlenmek üzere olan son anlar dışında topun etrafında zıplıyor. Topun hareketi ana kısım için pürüzsüzdür, ancak sona doğru, top ekranın altına yerleşirken bir süre sarsılır.

Bunun neden olduğunu anlayabiliyorum ama düzeltemiyorum.

Sunulabilecek herhangi bir tavsiye için minnettar olurum.

Güncelleme kodum:

public void Update()
    {
        // Apply gravity if we're not already on the ground
        if(Position.Y < GraphicsViewport.Height - Texture.Height)
        {
            Velocity += Physics.Gravity.Force;
        }            
        Velocity *= Physics.Air.Resistance;
        Position += Velocity;

        if (Position.X < 0 || Position.X > GraphicsViewport.Width - Texture.Width)
        {
            // We've hit a vertical (side) boundary
            // Apply friction
            Velocity *= Physics.Surfaces.Concrete;

            // Invert velocity
            Velocity.X = -Velocity.X;
            Position.X = Position.X + Velocity.X;
        }

        if (Position.Y < 0 || Position.Y > GraphicsViewport.Height - Texture.Height)
        {
            // We've hit a horizontal boundary
            // Apply friction
            Velocity *= Physics.Surfaces.Grass;

            // Invert Velocity
            Velocity.Y = -Velocity.Y;
            Position.Y = Position.Y + Velocity.Y;
        }
    }

Belki de işaret olmalıdır Gravity, Resistance Grassve Concretetüre aittir Vector2.

İşte fizik simülasyon döngünüzü geliştirmek için gerekli adımlar.

1. Zaman Aşımı

Kodunuzla görebildiğim temel sorun, fizik adım süresini hesaba katmamasıdır. Position += Velocity;Birimlerin eşleşmediği için yanlış bir şey olduğu açık olmalıdır . Ya Velocityaslında bir hız değil ya da bir şey eksik.

Senin hız ve yerçekimi değerleri her kare bir zaman biriminde gerçekleşir şekilde ölçekli bile 1(yani mesela. Velocity Aslında demektir mesafe , bir saniyede gitti) zaman yere görünmelidir ya kodunuzda örtük böylece değişkenleri düzelterek ( isimleri gerçekten depoladıkları şeyi yansıtır) veya açıkça (bir zaman çizelgesi getirerek). Yapılacak en kolay şeyin zaman birimini beyan etmek olduğuna inanıyorum:

float TimeStep = 1.0;

Ve bu değeri ihtiyaç duyulan her yerde kullanın:

Velocity += Physics.Gravity.Force * TimeStep;
Position += Velocity * TimeStep;
...

İyi bir derleyicinin çarpımları basitleştireceğine dikkat edin 1.0, böylece bu parça işleri yavaşlatmaz.

Şimdi Position += Velocity * TimeStephala tam olarak doğru değil ( nedenini anlamak için bu soruya bakın ) ama muhtemelen şimdilik yapacak.

Ayrıca, bunun dikkate alınması gerekir:

Velocity *= Physics.Air.Resistance;

Düzeltmek biraz daha zor; olası bir yol:

Velocity -= Vector2(Math.Pow(Physics.Air.Resistance.X, TimeStep),
                    Math.Pow(Physics.Air.Resistance.Y, TimeStep))
          * Velocity;

2. Çift güncelleme

Şimdi zıplarken ne yaptığınızı kontrol edin (yalnızca ilgili kod gösterilir):

Position += Velocity * TimeStep;
if (Position.Y < 0)
{
    Velocity.Y = -Velocity.Y * Physics.Surfaces.Grass;
    Position.Y = Position.Y + Velocity.Y * TimeStep;
}

TimeStepSıçrama sırasında bunun iki kez kullanıldığını görebilirsiniz . Bu temelde topa kendini güncellemesi için iki kat daha fazla zaman veriyor. Bunun yerine ne olması gerekiyor:

Position += Velocity * TimeStep;
if (Position.Y < 0)
{
    /* First, stop at Y = 0 and count how much time is left */
    float RemainingTime = -Position.Y / Velocity.Y;
    Position.Y = 0;

    /* Then, start from Y = 0 and only use how much time was left */
    Velocity.Y = -Velocity.Y * Physics.Surfaces.Grass;
    Position.Y = Velocity.Y * RemainingTime;
}

3. Yerçekimi

Kodun bu bölümünü şimdi kontrol edin:

if(Position.Y < GraphicsViewport.Height - Texture.Height)
{
    Velocity += Physics.Gravity.Force * TimeStep;
}            

Çerçevenin tüm süresi boyunca yerçekimi eklersiniz. Peki ya top gerçekten bu çerçevede sekerse? Daha sonra hız ters çevrilecek, ancak eklenen yerçekimi topun yerden uzaklaşmasını sağlayacaktır! Bu nedenle, zıplarken aşırı yer çekiminin kaldırılması ve ardından doğru yönde yeniden eklenmesi gerekecektir .

Yerçekiminin doğru yönde yeniden eklenmesi bile hızın çok fazla hızlanmasına neden olabilir. Bundan kaçınmak için yerçekimi ilavesini atlayabilirsiniz (sonuçta o kadar da değil ve sadece bir çerçeve sürer) veya hızı sıfıra kelepçeleyebilirsiniz.

4. Sabit kod

İşte tam güncellenmiş kod:

public void Update()
{
    float TimeStep = 1.0;
    Update(TimeStep);
}

public void Update(float TimeStep)
{
    float RemainingTime;

    // Apply gravity if we're not already on the ground
    if(Position.Y < GraphicsViewport.Height - Texture.Height)
    {
        Velocity += Physics.Gravity.Force * TimeStep;
    }
    Velocity -= Vector2(Math.Pow(Physics.Air.Resistance.X, RemainingTime),
                        Math.Pow(Physics.Air.Resistance.Y, RemainingTime))
              * Velocity;
    Position += Velocity * TimeStep;

    if (Position.X < 0 || Position.X > GraphicsViewport.Width - Texture.Width)
    {
        // We've hit a vertical (side) boundary
        if (Position.X < 0)
        {
            RemainingTime = -Position.X / Velocity.X;
            Position.X = 0;
        }
        else
        {
            RemainingTime = (Position.X - (GraphicsViewport.Width - Texture.Width)) / Velocity.X;
            Position.X = GraphicsViewport.Width - Texture.Width;
        }

        // Apply friction
        Velocity -= Vector2(Math.Pow(Physics.Surfaces.Concrete.X, RemainingTime),
                            Math.Pow(Physics.Surfaces.Concrete.Y, RemainingTime))
                  * Velocity;

        // Invert velocity
        Velocity.X = -Velocity.X;
        Position.X = Position.X + Velocity.X * RemainingTime;
    }

    if (Position.Y < 0 || Position.Y > GraphicsViewport.Height - Texture.Height)
    {
        // We've hit a horizontal boundary
        if (Position.Y < 0)
        {
            RemainingTime = -Position.Y / Velocity.Y;
            Position.Y = 0;
        }
        else
        {
            RemainingTime = (Position.Y - (GraphicsViewport.Height - Texture.Height)) / Velocity.Y;
            Position.Y = GraphicsViewport.Height - Texture.Height;
        }

        // Remove excess gravity
        Velocity.Y -= RemainingTime * Physics.Gravity.Force;

        // Apply friction
        Velocity -= Vector2(Math.Pow(Physics.Surfaces.Grass.X, RemainingTime),
                            Math.Pow(Physics.Surfaces.Grass.Y, RemainingTime))
                  * Velocity;

        // Invert velocity
        Velocity.Y = -Velocity.Y;

        // Re-add excess gravity
        float OldVelocityY = Velocity.Y;
        Velocity.Y += RemainingTime * Physics.Gravity.Force;
        // If velocity changed sign again, clamp it to zero
        if (Velocity.Y * OldVelocityY <= 0)
            Velocity.Y = 0;

        Position.Y = Position.Y + Velocity.Y * RemainingTime;
    }
}

5. Diğer ilaveler

Daha iyi simülasyon kararlılığı için fizik simülasyonunuzu daha yüksek bir frekansta çalıştırmaya karar verebilirsiniz. Bu, yukarıdaki değişikliklerle önemsizdirTimeStep , çünkü çerçevenizi istediğiniz kadar parçaya bölmeniz yeterlidir. Örneğin:

public void Update()
{
    float TimeStep = 1.0;
    Update(TimeStep / 4);
    Update(TimeStep / 4);
    Update(TimeStep / 4);
    Update(TimeStep / 4);
}

Minimum dikey hız kullanarak zıplamayı durdurmak için bir kontrol ekleyin. Ve en az zıplamayı aldığınızda, topu yere koyun.

MIN_BOUNCE = <0.01 e.g>;

if( Velocity.Y < MIN_BOUNCE ){
    Velocity.Y = 0;
    Position.Y = <ground position Y>;
}

Sanırım, bunun olmasının nedeni topun bir sınıra yaklaşması. Matematiksel olarak, top asla yüzeyde durmaz, yüzeye yaklaşır.

Ancak oyununuz sürekli bir zaman kullanmıyor. Diferansiyel denkleme bir yaklaşım kullanan bir haritadır. Ve bu yaklaşım bu sınırlayıcı durumda geçerli değildir (bunu yapabilirsiniz, ancak mümkün olmadığını düşündüğüm daha küçük ve daha küçük zaman adımları atmanız gerekir.

Fiziksel olarak konuşursak, top yüzeye çok yakın olduğunda , toplam kuvvet belirli bir eşiğin altındaysa ona yapışır .

@ Sisteminiz homojen ise zhen cevap iyi olurdu. Y ekseninde bir miktar yerçekimi vardır.

Bu nedenle, çözümün hızın belirli bir eşik değerinin altında olması gerekmeyeceğini söyleyebilirim, ancak güncellemeden sonra topa uygulanan toplam kuvvet belirli bir eşiğin altında olmalıdır.

Bu kuvvet, duvar tarafından topun + yerçekimi üzerindeki kuvvetin katkısıdır.

Durum o zaman böyle bir şey olmalı

eğer (newVelocity + Physics.Gravity.Force <eşik)

Sıçrama botton duvarındaysa ve yerçekimi negatif bir miktarsa, newVelocity.y'nin pozitif bir miktar olduğuna dikkat edin.

Ayrıca, newVelocity ve Physics.Gravity.Force'un yazdığınız boyutlarla aynı olmadığına dikkat edin.

Velocity += Physics.Gravity.Force;

yani sizin gibi delta_time = 1 ve ballMass = 1 olduğunu varsayıyorum.

Bu yardımcı olur umarım

Çarpışma kontrolünüz içinde bir pozisyon güncellemeniz var, yedekli ve yanlış. Ve topa enerji katar ve böylece sürekli hareket etmesine yardımcı olur. Bazı karelere uygulanmayan yerçekimi ile birlikte bu garip hareketlerinizi verir. Onu kaldır.

Şimdi, topun belirlenen alanın dışına "sıkışıp" kaldığı ve sürekli ileri geri sıçradığı farklı bir sorun görebilirsiniz.

Bu sorunu çözmenin basit bir yolu, topu değiştirmeden önce topun doğru yönde hareket ettiğini kontrol etmektir.

Böylece şunları yapmalısınız:

if (Position.X < 0 || Position.X > GraphicsViewport.Width - Texture.Width)

İçine:

if ((Position.X < 0 && Velocity.X < 0) || (Position.X > GraphicsViewport.Width - Texture.Width && Velocity.X > 0))

Y yönüne benzer.

Topun güzel durması için yerçekimini bir noktada durdurmanız gerekir. Mevcut uygulamanız, yerçekimi yeraltında olduğu sürece topu frenlemediği için topun her zaman yeniden ortaya çıkmasını sağlar. Her zaman yerçekimi uygulamasına geçmelisiniz. Ancak bu, topun yerleştikten sonra yavaşça toprağa batmasına neden olur. Bunun için hızlı bir düzeltme, yerçekimi uygulandıktan sonra, top yüzey seviyesinin altındaysa ve aşağı doğru hareket ediyorsa, durdurun:

Velocity += Physics.Gravity.Force;
if(Position.Y > GraphicsViewport.Height - Texture.Height && Velocity.Y > 0)
{
    Velocity.Y = 0;
}

Toplamdaki bu değişiklikler size iyi bir simülasyon vermelidir. Ancak bunun hala çok basit bir simülasyon olduğunu unutmayın.

Herhangi bir ve tüm hız değişiklikleri için bir mutatör yönteminiz var, o zaman bu yöntemde güncellenmiş hızı kontrol etmek için yeterince yavaş hareket edip etmediğini kontrol edebilirsiniz. Bildiğim çoğu fizik sistemi buna 'iade' diyor.

public Vector3 Velocity
{
    public get { return velocity; }
    public set
    {
        velocity = value;

        // We get the direction that gravity pulls in
        Vector3 GravityDirection = gravity;
        GravityDirection.Normalize();

        Vector3 VelocityDirection = velocity;
        VelocityDirection.Normalize();

        if ((velocity * GravityDirection).SquaredLength() < 0.25f)
        {
            velocity.Y = 0.0f;
        }            
    }
}
private Vector3 velocity;

Yukarıdaki yöntemde, yerçekimi ile aynı eksen boyunca olduğunda sıçramayı sınırlandırıyoruz.

Dikkate alınması gereken başka bir şey, bir top yere çarptığında tespit etmek olabilir ve çarpışma anında oldukça yavaş hareket ediyorsa, yerçekimi ekseni boyunca hızı sıfıra ayarlayın.

Başka bir şey: Sürtünme sabiti ile çarpıyorsunuz. Bunu değiştirin - sürtünme sabitini düşürün, ancak sıçramada sabit bir enerji emilimi ekleyin. Bu, son sıçramaları çok daha hızlı nemlendirir.