Grand Theft Auto IV или физика для самых маленьких [ультра, мега, омега лонг]

Пост будет большим, очень. Я предупредил.

Раз уж на то пошло, пусть у серии постов будет общий знаменатель. Я не придумал лучшего названия поэтому. Физика для самых маленьких. Ну потому что это не серьёзная научная работа, далеко не самая современная теория и в целом крайне простые вещи.

Что же касается выбора, ввиду малого количества заявок было решено просто тупо все подряд разобрать. Отвечая на разочарованный вопрос, аче не спидран хл2, потому что не захотел молча воровать чей то видос потому немного придётся подождать пока я спишусь с ранером и попрошу разрешения на разбор. А пока, гта.

Сама по себе игра не даёт никаких данных, необходимых мне для расчётов. Поэтому, я использовал сторонний софт для нахождения необходимых величин. Хл2 давала все что просил а тут пришлось так сказать взять силой. Но, это ванильная игра и настолько, насколько это возможно при таком разборе.

Начать нужно традиционно и разобраться с единицами измерения и системами отсчета. И тут сразу заявОчка, наш сладкий нико белик нифига не уважает ньютона и классическую механику. Ему чужды понятия абсолютного времени и пространства и вот к чему это приводит.

Видели? Видели? Время нихера не нормально идет. И это меня поначалу опечалило. Но какой отсюда следует вывод, время в системе отсчёта нико, в любой его системе отсчета не такое же как время в моей системе отсчета. А это значит что рассматривая гта придется прибегать полноценно к преобразованиям, причем не Галилея у Галилея время было абсолютным. К сожелению и не к преобразованиям Лоренца в виду невозможности выяснить скорость системы отсчета нико. Мы просто отмечаем факт того, что время в наших системах течет по разному. И знаете что? Это охеренно хорошо. Ибо доказано - время не абсолютно, остается только посчитать коэффициент для перевода времени.

Засекаем время, считаем и получаем, что наша система отсчета движется относительно системы отсчета нико и движется быстрее.

У кого то возникнет вопрос, а почему не использовать значения системы отсчёта нико? Потому что мы не в ней и хочется сравнения с привычными значениями.

Время есть. Дальше расстояние. Ну тут я завис. Я решил пойти тем же путем что и в хл2, найти известный объект и посмотреть его размер в игре.

И я подумал про вагоны метро, но сильно ошибся.

Так не пойдёт, уходить в догадки в самом начале это перебор. Пропущу этап выбора ибо как оказалось многие привычные вещи не особо стандартизированны, однако не все потеряно.

Вот она, моя родная. Баскетбольная площадка. Единственная константа в нашем непостоянном мире. Находим ее длину в игре. И находим ее реальную длину. Считаем.

Пояснение по расчетам. Так как не не удалось двигаться строго вдоль одной оси то считал перемещение по одной и второй и находил общее. Да по итогу вышло тоже что и вдоль одной оси, но на всякий случай хотел избежать лишних погрешностей.

Но с длиной определились, метры получили. И тут многие скажут, ну че давай с массой разбираться. Да вы правы. На очереди масса. Сначала по стандарту нужно определить, есть ли в игре вообще такое понятие. Для этого, нужно найти проявление инертности. Тут его за глаза. Конечно, нам бы снова хватило любого скрина с покоющимся обьектом. Но это можно списать на условность, скрипт и так далее. Нужно увидеть изменение скорости со временем.

И вот это уже другое дело. Скорость не приобретается сразу и не теряется сразу. Отлично, значит объекты обладают инертностью, значит можно найти меру этой инертности - массу. Естественно мы говорим о том что явление инерции так же существует в чем мы не раз убедимся просто не будем озвучивать.

Забавный факт, в хл2 скорость в транспорте не считалась, тут же наоборот можно вывести скорость только в нем.

Ну и казалось бы вот оно, инертность есть че там по массе. А ничего , трейнер который я скачал не дает инфу о массе. А потому идем обходным путем в поисках массы.

И тут ровно с этого места, в первоначальном варианте, начинался длинный путь по поиску массы через внутриигровые данные. Параллельно с этом было найдено несколько величин и вообще было интересно. Но путь привел в никуда, как говорится риск был просчитан но я плох в математике. В итоге найдя кучу всего необходимого , я не нашёл всего одну нужную величину и пришлось стереть овер дофига. Но я тоже не пальцем делан, необязательно заходить в игру что бы поиграться.

Заходим в директорию игры, находим несколько файлов и открыв их получаем.

Что игра вполне таки себе считает массу в килограммах, да значения некоторых масс конечно впечатляют но они не настолько далеки от привычных значений, что бы ими не пользоваться. Вообще копошение в файлах дало невероятно много, даже интересно насколько много тут прописано.

Пока что, ограничимся массой и еще парой величин. Глядя на фото выше, обратите внимание на колонку центра масс. Это сурово, на моей памяти не так много игр где я наблюдал бы объекты со смещенными центрами, а здесь каждое авто имеет четко заданный центр. Вы можете это почувствовать в игре во время вождения и увидеть хоть и не всегда явно, в процессе падения авто, когда его перед или зад будут наклоняться сильнее вниз. Что мы увидим в статике.

Проверяем работу механики, смотрим на кинематические законы движения, параллельно с этим подтверждаем работу законов ньютона (или их не работу).

Начнем с законов движения, данных для них у нас хватает. Опять же, факт движения уже показан. Координаты в наличии, пробуем найти скорость нико из законов равномерно движения.

Стараемся шагать приблизительно вдоль одной оси, а мелкие отклонения списываем на погрешность(уже можно, я итак слишком долго терпел). Считаем.

Получаем скорость нико примерно в 1,875. Нико охеренно быстро ходит. Чего не скажешь по анимации но вообще, отличное значение. Хотя Гордон в фулл арморе все ещё быстрее.

Ну и вдобавок к хорошим значениям, получаем рабочий закон равномерного прямолинейного. И опять же, факт наличия равномерного движения важен, мы понимаем что тела способны сохранять скорость, что инерция работает и систему отсчёта нико можно считать инерциальной.

Ну и ускорение, да опять же мы видели факт изменения скорости вопрос лишь в поиске значения. Тут для экономии времени, найдем сразу ускорение свободного падения и если оно найдется, можно будет заявить о работе законов равноускоренного движения и подумаем над балистикой.

Прыгаем нахер с крыши. Ради науки конечно, в целях эксперимента. Прыгать приходится потому, что в игре нифига нельзя взять руки и кинуть. Куча объектов приклеено намертво. Ни о чем хорошем это не говорит. Хотя этому есть объяснение , в файлах игры многие объекты имеют запредельную массу и по понятиям такие объекты нифига не легко сдвигать. Но все равно обидно. Часть из них просто приколочены строчкой в файле.

Засекаем, считаем.

Опа. Нифига себе. Чувствую движ в штанах. 9,54. Да, точность хромает, но все равно 9,54. Офигенное значение для g. Ну и да, оно есть и отсюда делаем несколько выводов.

Земля, а нико вероятнее всего на земле судя по ускорению свободного падения. Земля притягивает обьекты. Притягивает вниз. Значит есть сила тяжести, что вроде естественно ведь есть масса, но приятно найти подтверждерие. Это сила, значит можем говорить о взаимодействии тел и других силах. Наличие силы тяжести подтверждает наличие гравитационного взаимодействия. Одного из 4 (трех если вы любите электрослабое) фундаментальных взаимодействий.

К тому же, часть сил прописанны прямиком в файлах игры, то есть мы не просто видим как тело останавливается и предполагаем что виновато трение. Оно реально прописано в файлике.

Если я правильно понял, то вот оно останавливающее действие. Мало того, сопротивление воздуха в игре так же присутствует, это нужно не только потому что это еще одна сила реализованная в игре, но и потому что воздух здесь реальный физический объект оказывающий влияние.

Но вернемся к ускорению свободного падения это же ускорение, а значит. У нас тела могут сохранять скорость в системе отсчета нико а значит существуют инерциальные системы отсчета. Есть первый закон ньютона. Под действием нескомпенсированной силы тело может менять скорость, есть второй закон. Ну и да здесь мы упали с крыши, увидев что есть закон всемирного тяготения но для нас он важен еще тем, что можем смело утверждать работу третьего закона ньютона. Да не видим как земля тянется к нико. Но падение таки наносит урон, значит земля ответила. К тому же, под нами не проваливается земля.

Соединив наличие g, наличие ускоренного движения вдоль одной оси и возможность равномерного движения, можем говорить о работе баллистики.

И мы можем проверить все эти силы и законы в деле. Посчитаем коэффициент трения. Причем в данный момент нам хватает данных что бы сделать это двумя разными способами. Разгонимся и остановимся.

Получаем 0.3 откровенно говоря, мало. Ожидал все таки что коэффициент будет больше, асфальт же. Но тут есть к чему докопаться. Точность замеров как всегда на моей совести. А совести у меня нет. И еще спидометр. Он не внутриигровой и я не до конца уверен в том, что он пишет мне скорость в нужных величинах, но перевод скорости давал ужасающие результаты. А потому остановимся на том что есть.

Ну и конечно с помощью законов. Возьмем другой участок и снова разгонимся.

Расставим несколько сил. Начнем с силы тяжести, направленной вниз. Здесь под одно обозначение беру массу авто и нико. Видим , что тело не продавило асфальт, не падает сквозь него, значит опора отвечает. Ставим силу реакции опоры. Так как двигатель не развивает силу, то по горизонтали у нас только силы сопротивления, здесь заигнорим сопротивление воздуха т.к не сможем его посчитать. Оставим обычную силу трения.

Считаем по видео ускорение.

И наконец считаем коэффициент.

И на удивление, крайне похожее значение. Два разных способа сработали. В рамках погрешностей дали отличные результаты.

И это рабочие законы ньютона и кинематические законы.

Но и это ещё не все. Помимо поступательного движения, заглянем во вращательное.

Ну оно есть, приятно увидеть красивую ровную окружность. Видно радиус в виде моего транспорта. Самое приятное это практически постоянная скорость, радует что мы видим полноценную реализацию ускорения, есть и нормальное и тангенциальное. Можем сказать что видим и линейную скорость и угловую. Круто, круто.

Ну и хотелось бы условие равновесия вращательного. К сожалению полноценно заявить его работу не могу. На видео можно увидеть, что импровизированный рычаг из авто, находится в равновесии. И с одной стороны это хорошо, можно сказать что условие работает. Но с вопросами.

Смещенный центр тяжести (мне не нравится здесь понятие центра масс) не дает хорошо сделать рычаг.

Это как вы заметили не самое главное.

Заставить рычаг вращаться не особо получается. Даже прыжок довольно крупного человека не перевернул рычаг. Однако можно увидеть что авто начало качаться. Странно, нико мальчик не маленький но этого мало что бы заставить вращаться рычаг. Но случайно толкнув вбок увидел что авто сместилось. Т.е нико способен таки двигать его, но видимо его масса маловата. Увеличение плеча путем движения нико результато не дало. И я принял решение менять точку опоры.

И я просрал машину. Почесав репу как гг. И порадовавшись красивому падению, двигателем вниз. Беру еще одну.

Да, таки упала но не очень красиво. Короче проверить элементы статики не удалось. То что есть зачтем в плюс. Вроде неплохо но как будто недостаточно, хотел побаловаться рычагом.

Напоследок импульс и энергия. Начнем с энергии. У нас есть обширный набор сил, это и консервативные силы, типа тяжести и неконсервативные типа трения. И те и другие выполняют работу. Значит есть резон заявить что понятие энергии здесь есть. Точно можно заметить как консервативные выполняют работу по перемещению значит есть потенциальная энергия. Причем, как поднятого над землей так и деформации. Что вообще то, неплохо. Тоже можно сказать и о кинетической, есть работа по изменению скорости. Естественно легко пронаблюдать переход энергий, как минимум в двух видео выше где тело падает. Причём падает меняя скорость и координату. Что еще интереснее, падение персонажа приводит к получению урона.

Что это значит? Ну как минимум энергия переходит, ну и переходит по итогу куда то из механической. Скорости нет, высоты нет. Куда? Во внутреннюю. Причем такая банальность как повышение урона с высотой это хорошая демонстрация именно накопления и перехода энергии. Так что и закон сохранения вполне рабочий. В чем мы убедимся еще раз в импульсе.

Добавлю. В файлах игры были найдены параметры сопротивления воздуха. А значит ЗСЭ работает с оговорками, но эти оговорки придают реализма. Короче норм, одобряю.

Теперь импульс. Как факт величина такая есть, мы имеем массу, имеем скорость. В целом визуально можем сказать о том что он сохраняется.

И как минимум можно увидеть это. Да, не совсем реализм но крайне радует факт сохранения импульса телом.

Гораздо интереснее таки посчитать, а сохраняется ли полноценно?

Берем два одинаковых авто. Одно из них будет покоится, второе наберет какой то импульс. Сталкивать постарался центрально и максимально вовремя остановить работу двигателя, дабы во время удара исключить работу внешних сил, оставив только два взаимодействующих тела.

Ну и вводные данные.

Поясняю, узнать в моменте после удара, мгновенную скорость второго авто не представляется возможным. Поэтому сразу придется нарушить принцип но по другому никак. Считаем среднюю скорость второго авто.

Проверяем закон сохранения.

Должно быть вот так, суммарный импульс до удара, должен быть такой же как после.

На деле, так. Но преждем чем делать поспешный вывод о том что импульс просран, физика не работает, гта говно. Подметим пару вещей, импульсы близки, на самом деле достаточно близки по значениям. При одинаковой массе мы видим хорошую приобретённую среднюю скорость вторым авто. Дальше вспоминаем что считалась средняя скорость и в моменте после удара она была выше, значит импульс был выше. Но это ещё не все.

Деформация. Она самая, часть энергии при ударе ушло. Конечно можно добавить что часть могло уйти в тепло, но пока бездоказательно. А вот деформация налицо. А значит. Импульс сохраняется.

И по итогу рассмотрения механики, можно сказать что с механикой все превосходно. Основные явления и свойства на месте. Основные законы работают. Не все идеально, но учитывая погрешности - работают. Крайне приятные значения и визуально приятно выглядящие явления. Кайф. За механику лайк.

Я не питаю иллюзий насчет репрезентации остальных разделов физики. Вероятнее всего в оставшихся будет примерно так же как и в подавляющем большинстве игр. Есть механика и удачи догадаться если ли что то еще.

Прежде чем говорить о каких то молекулярных или атомарных свойствах. Надо понять а из чего состоят вообще тела. Есть ли какие то намеки на молекулярное строение. Ну и да намеки есть.

Наличие упругих сил. Как мы помним упругие силы имеют электромагнитную природу, в основном появляются за счет смещения молекул/атомов друг относительно друга. Неплохо.

Дальше, наличие сопротивления воздуха. Мало того, что сопротивление добавляет цельности механике. Сам факт, в игре есть воздух. Это звучит банально и бредово но вдумайтесь, привычная вещь для нас, не есть привычная вещь в игре. А тут воздух, оказывает влияние на объекты. Наличие воздуха, который по всем наблюдаемым признакам в игре, ведущий себя как газ. Отличный пример молекулярного строения.

Дальше, деформация. Один из лучших примеров показывающих что ты можешь перемещать не все тело а отдельные части этого тела. Да деформация не повсеместная, это не батлфилд с его разрушаемостью. Но нам хватит.

Добавляем к этому воду, в жидком состоянии. Наличие множества твердых тел и газов. Получаем что есть агрегатные состояния, отличия между которыми частично зависят от положения молекул/атомов.

Все это в сумме, дает нам право заявить о молекулярном строении.

Что из простых молекулярных явлений мы можем пронаблюдать. Да в общем то немного. Да как уже говорилось, видим три агрегатных состояния. Но самое главное, почти разочаровавшись, Где-то там вдалеке in my restless dreams я увидел его.

Туман. Туман резко выводит молекулярную теорию из полной жопы. Туман подтверждает молекулярную структуру. Туман это доказательство того что эти молекулы способы перемещаться и покидать жидкости. Сразу же возникает идея проверить хоть какие то свойства и тут снова.

Снова приятная мелочь. Потому что при выставлении холодной погоды, туман не ставится. Понимаю что это скорее всего обычный скрипт но сам факт, того что пар не достигает насыщения при любых условиях. Что в целом водяной пар может быть и насыщенным и нет. Прекрасен. Добавим к этому пусть и косвенно но существующую зависимость давления газа от температуры. И можно было бы даже сказать, что игра иногда оперирует температурой как величиной. Ее изменение имеет отражение.

Ну и да, посчитать что то не выйдет, можем повоображать о том что основное уравнение мкт работает. Что можно было бы дойти до Менделеева клапейрона но только воображать. К сожалению найти что либо не сможем а потому, зачтем работу мкт наполовину. Да молекулы есть, да они вероятно в тепловом движении. Есть агрегатные состояния и переход между ними. Переход этот не спонтанный. Но это все лишь теория.

Что же касается термодинамики. Ну мы можем говорить о изменении внутренней энергии. С оговорками но.

Здесь есть готовка. Которая подразумевает передачу тепла. То есть какое никакое а представление первого закона термодинамики.

Не для всех, но для части тел прописано взаимодействие с огнем. То есть это уже не простой скрипт но все еще не полноценная симуляция. Например при контакте с огнем, машина загорается. Т.е тепло передалось, видим результат. Это постепенное возгорание но есть вопросы.

Например почему нико абсолютно похер на огонь. Т.е да воздух плохой проводник тепла. Но машина то из металла, внутри неё даже воздух должен был нагреться, но нико никак на это не реагирует. Что крайне плохо. Да лопнула покрышка и это та самая зависимость давления от температуры, при чем можно даже сказать газовый закон. Да можно сказать что в этой покрышке газ совершил работу при расширении и вообще это первый закон термодинамики раз мы заметили работу после передачи тепла. А то что холодное получило тепло от более нагретого пойдет под второй.

Но честно говоря все это так же тухло. Вроде да а вроде нет. Ну честно нико в машине сидит примерно так.

И это прям опечалило. По итогу, вроде бы показано много, но все на уровне скрипта а не симуляции. Ни возможности посчитать ни воспроизвести. Да для игры неплохо и списать на условность можно многое. Но от рокстар ожидал большего особенно после такой шикарной механики.

Полная жопа. Я надеялся побаловаться с электрошокером но хер там плавал, в игре его нет. Никакого взаимодействия с зарядами в игре нет. Я расстроен. Нет электростатики, нигде не увидишь электрическое поле. Не увидишь электризации.

Кроме прописанных эффектов типа горящего света, ничего. Можем ли считать наличие света как доказательство электромагнитных волн и соответственно необходимого для них электрического поля? Нет, мы даже не знаем как тут устроен свет.

Постоянный ток и соответственно все законы постоянного тока к сожалению остаются за бортом. Не спорю я мог что то упустить. Но пока как есть.

Такая же печаль чисто с магнитными явлениями. Да есть краны, но они не работают. Магниты на холодильниках и прочие декор объекты туда же. Даже на помойке кран нифига не магнитит. Абсолютное разочарование.

Конечно модели трансформаторов в игре присутствуют и притянуть за уши какие то электромагнитные явления можно было бы. Но к сожалению это лишь модельки без свойств. Так что на текущий момент репрезентация электродинамики - печальная. Лишь намеки на наличие зарядов при работе ламп и прочих приборов. Да механизмы в боулинге)

Ну, к сожалению сказать уверенно о том что здесь хорошо перенесена дуальная природа света не выйдет.

Надеюсь не из за трейнеров такая фигня, но зеркала у меня в игре были неадекватными. Да вроде как отражение получается симметричным, построено по правилам и в целом такое как и ожидаешь от плоского зеркала. Но иногда странно ведет себя под углом. Цвета спишем на баг. К сожелению отражения в игре есть лишь в четко обозначенных местах. Вызвав дождь конечно можно увидеть какие никакие отражения в мокром асфальте, но честно говоря вяло.

К тому же, адекватно проверить ход лучей для уличного отражения затруднительно ввиду отсутствия хорошего источника света.

К сожалению полноценные тени в нормальном виде есть только у главного героя и далеко не от любого источника света. Что никак не вяжется с оптикой. Можно увидеть на скрине. Что свет от двух авто спотыкается только о нико. Он не стеклянный, зато авто видимо прозрачная однородная среда через которую свободно проходит свет. Ну и в целом, от ламп в помещениях нико тени не отбрасывает, видимо стрёмные лампочки.

Но из немногих радостных оптических явлений это какое никакое прямолинейное распространение от авто. Действительно с поправкой на плоскость вполне хорошая тень. Причём положение предмета относительно источника влияет на тень.

Так же, работает и с солнцем, можно увидеть что положение солнца меняет размер тени.

Но несмотря на мелкие радости геометрическая оптика честно говоря хромает. Вроде бы лучи есть, но не везде и не для всех.

Что же касается волновых явлений, да иногда можно заметить наложение волн, но волна ли это и наложилось ли?

Вроде бы и неплохо, можно записать тухлую интерференцию. Но опять же дифракцию хотя бы на тенях заметить не удалось.

И по итогу в оптике так же печально. Придется признать что здесь все опять же во власти заранее готового шаблона а не симуляции. Слишком точечно для того что бы заявить работоспособность и воспроизводимость явлений оптики.

Ну тут коротко. Ничего. Писать нет смысла ибо какого либо намека на физику атомного ядра и квантовые эффекты нет. Туда же релятивистские эффекты. Конечно ход времени и изменение линейных размеров в сочетании с увеличенной массой объектов дают право сказать о релятивистских эффектах. Но шо толку если не можем посчитать.

Подводя итог, уверенно скажу что в гта великолепно прописаны и работают механические явления. Достаточно глубоко и правдоподобно. С хорошими значениями, хорошими возможностями для разнообразного применения и наблюдения. Многие легко воспроизводимы и хорошо работают в системе. Кайф.

Слабовато прописанная мкт и термодинамика. С кучей вопросов но все таки хотя бы на уровне визуальных явлений и некоторых проявляемых свойств.

Абсолютно никакущая электродинамика.

И крайне спорная оптика.

Для игры, 2008 года, на самом деле отличный уровень проработки. Многим играм такая модель механики и не снилась. Это хороший пример достойной репрезентации физических явлений хоть и ограниченный одним полноценным разделом.

Снова повторюсь, многое из написанного можно абсолютно справедливо подвергнуть сомнению. Точность расчетов и трактовка увиденного все так же на мне. На человеке. И конечно далеко не все было проверенно. А в том что проверенно могут быть ошибки)

Однако крайне приятно открыть для себя игру с другой стороны. Понять ее поглубже и окунуться во времена ее выхода. Кстати она у меня лагала так же как и в год выхода. Спасибо хоть gfwl нет.

И если этот пост соберёт 25 миллиардов лайков, я продолжу выпуск таких постов.