Что можно учесть при создании достоверной компьютерной модели автомобиля в гоночных играх

Сам я по образованию инженер двигателист, по специальности конструктора работал не много, университет заканчивал довольно давно, но увлекаюсь автомобилями, читал и читаю автомобильные издания и новости, еще в школе учился на водителя, так же увлекаюсь играми гонками, в коллекции таких игр много. Хочу поделится с вами своими техническими придумками и знаниями, рассказать что учитывается в автомобиле для создания его математической, физической, игровой модели. Дополню, что в университете у нас была лабораторная работа по динамическому расчету автомобиля (мощность, коэффициент аэродинамического сопротивления, вес автомобиля, его скорость). И так, начнем.

Начнем с двигателей, двигатели внутреннего сгорания уже больше 120 лет используются в автомобилях, первые авто были и паровыми, и электрическими. Характеристики двигателей нелинейны, и крутящий момент и характеристики мощности в первую очередь зависят от оборотов работы двигателя, в играх давно это учитывается, конечно никто, кроме маньяков, шутка, не будет делать в игре уточненные расчеты газообмена и динамические модели работы двигателя, но такие есть и используются при разработке моторов. Сейчас началась новая веха использования электрических движителей, в играх, даже в раллийных электрические машины уже представлены. Динамическим преимуществом и свойством электродвигателей является постоянный большой крутящий момент на всех оборотах, это отражается и на динамике авто.

Продолжим по корпусу автомобиля. Есть тяжелые рамные авто, есть автомобили с несущими кузовами и подрамниками, это не только вес машины, но и характеристики жесткости кузова, что может влиять на управляемость, безопасность. Что интересно, иногда разработчики игр, в угоду производителям не делают модель повреждения внешности авто, но в современных играх разрушаемость и повреждения могут быть особой фишкой, делаются они либо запланированным изменением модели авто, либо сложными или простыми моделями повреждения, смятия. Есть такие штуки как каркас безопасности и каркас жесткости.

Подвеска автомобиля имеет самое большое влияние на его поведение на трассе в гоночной игре. Зачастую подвеска моделируется точно, есть настройки в игре, есть ее разные типы в зависимости от модели машины. И изменив настройки, или купив обновленные амортизаторы и пружины в игре, более легкие рычаги, вы почувствуете как авто по-другому и лучше вписывается в повороты. Нюансы конструкции рулевого управления и его механизма тоже можно и нужно учитывать в модели игры. Тормозные механизмы имеют свои нюансы, сила торможения, антиблокировочная система, как и другие системы электронного управления, имеют свою реализацию в игре. Тормоза могут перегреваться, блокироваться, изнашиваться, не забываем и о свойствах шин.

К трансмиссии автомобиля относится коробка передач, с ее параметрами, можно переключать передачи и менять крутящий момент автоматически, можно вручную с помощью манипуляторов, как специальных, так и простых геймпадов. Трансмиссии есть нескольких типов, например, вариаторы, которые могут плавно менять передаточное число, и все это влияет и учитывается при построении модели поведения машины в игре. Приводные валы, сцепление тоже имеют свои характеристики, как вес, инерционность, сцепные свойства. Помните как покупали обновления запчастей в игре, и потом автомобиль в игре ехал по-другому.

Продолжим рассматривать модель автомобиля. В серьезных симуляторах уже давно была такая штука, как учет топлива, в первую очередь его расход и влияние веса горючего на поведение автомобиля на трассе, есть настройки сколько залить топлива, есть питстопы. Износ покрышек автомобиля тоже зачастую учитывается, как и износ тормозных дисков или накладок. Салоны автомобилей, можно сказать издавна, моделировались довольно точно и щепетильно, индикаторы, панели приборов, движущийся руль, движущиеся дворники на лобовом стекле, переключение передач, моделька пилота. Все это есть в гоночных играх.

И вот мы вспоминаем о трассе, по которой едет наш автомобиль. Рельеф трассы использовался даже в тех играх на Спектрумах, Денди, то есть давно. Сейчас трассы в некоторых гоночных тайтлах делают даже с использованием лазерного сканирования, то есть очень точно передают все нюансы гоночного трека в игру, в самой игре еще учитываются и характеристики покрытия, элементы трассы, и все это просчитывается и программируется. Точных нюансов я не знаю, могу только догадываться, но разве вы сами не катались в симуляторе Формулы 1, и чувствовали и видели сами как все круто. Про контроллеры вы наверное знаете сами, видели ролики с игровыми кокпитами с несколькими мониторами, рулем и педалями, но часто игры затачиваются и под простые геймпады, а прецизионное руление часто возможно и на клавиатуре, а иногда даже на мышке.

Аэродинамика играет весомую роль в поведении автомобиля, есть такое понятие как коэффициент аэродинамического сопротивления, сила воздействия воздуха на автомобиль растет от скорости. Такие понятия как подъемная, прижимная, лобовое сопротивление вам скорее всего известны, все это используется в расчетах и на практике. Инженерные решения в конструкции автомобиля, его кузова в первую очередь, используются как в спортивных гонках, так и в гражданском автомобилестроении, все это нужно учитывать в физической модели.

Самую простую модель движения автомобиля в играх можно построить на векторе скорости автомобиля, который будет менять свое направление от вращения игрового рулевого управления, "управляемые" колеса автомобиля могут быть анимированы и привязаны к вектору, при этом на колесах или в описании вектора могут быть учтены сцепные свойства и рельеф трассы, торможение тоже должно быть "зашито" в вектор скорости (вектор движения машины), как и заносы, сносы, скольжения. Остальное просто анимация. Игровые разработчики редко делятся своими секретами, но такая модель скорее всего была и может еще использоваться, как в полной мере, так и частями с доработками.

Спасибо за внимание. Надеюсь, прочитанное вам было чем-то интересно. Готов обсудить все вопросы в комментариях. Хых.