在游戏和现实世界里，模拟物理现象始终是个热门且极具挑战性的领域。游戏利用物理引擎来展现物体的动态，但常常与现实物理规律有所出入，这常常成为玩家抱怨的焦点。
物理状态的计算依据
在现实生活中，通过精确地算出物体在任一瞬间的总力及其力矩，我们可以知晓物体的物理状况。这一理论构成了物理学的基础内容之一。比如在建筑领域，结构力学就是关键，工程师在建造上海东方明珠塔时，会依据这一原理，精确计算力与力矩，确保铁塔的稳固性。然而，在虚拟的游戏世界中，尽管物理引擎同样基于这一原理来模拟物体状态，却面临着诸多局限。
同时，这也显示出物理引擎的计算方法极为关键。比如在一些赛车游戏中，一旦物体受力计算出现微小误差，赛车的速度和漂移效果就会变得不真实。
刚性物体碰撞问题
实际上，两个硬物相碰是一个连贯的过程。有科研人员在实验室里对两个小球的碰撞进行了详细研究，他们观察了从接触开始到形变发生，直至碰撞结束的整个过程。然而，在游戏中，物理引擎是逐帧进行计算更新的，这可能导致无法精确捕捉到碰撞的确切时刻。以弹珠游戏为例，两球相撞的情景看起来就不那么逼真了。
而且，信息在两帧间的碰撞丢失，会使碰撞现象显得不寻常。在3D台球游戏中，这种情况尤为明显，球与球之间的碰撞常常显得异常突兀。
复杂模型的碰撞计算
在制作游戏模型时，为了美观，常常会设计出复杂的模型。在高品质的角色扮演游戏中，一个角色模型可能由数千个三角形面组成。这样的设计在物理引擎进行碰撞检测时，会遇到困难。例如，在一款军事模拟游戏的测试中，若直接使用未经简化的原始模型进行碰撞计算，当模型处于特定角度时，其碰撞效果与现实情况会有较大出入。
因此，物理形态需要被简化，从而引入了游戏中的碰撞体积这一概念。在众多沙盒游戏中，当角色与建筑互动时，碰撞效果的计算便是基于这个简化的碰撞体积来进行的。
约束在游戏中的应用
游戏中部件的连接和转动依赖于约束原理。以机械组装游戏为例，零件的组装和关节的转动都需借助约束。在现实世界的经典力学里，约束指的是物体之间的相互联系。例如，在广州某港口，吊装工人吊运货物时，钢索对货物的限制作用，则限制了货物的移动范围及其相对位置。
在游戏制作过程中，限制条件的使用能够让虚拟角色呈现出更加逼真的动作。以动作游戏为例，人物的肢体动作就会受到这些限制条件的调控。
柔体、布料和流体模拟
柔体模拟技术主要用于展现物体在受力后发生形变的特性。在模拟过程中，会将物体拆分成若干个质点，并通过弹簧将它们连接起来。以软泥怪游戏为例，角色在游戏中的扭曲和变形效果就是利用这一原理实现的。
流体模拟确实是个棘手的问题。在进行模拟时，我们必须考虑到诸如黏性等众多因素。然而，为了简化计算过程，游戏开发者往往会省略一些细节。比如，在那些画面较为简单的手机游戏中，对水的模拟就忽略了众多细节，导致无法呈现远处水波的细微变化。相比之下，科研领域的流体模拟则追求更高的精度。
游戏模拟与科研模拟的区别
模拟物体运动是游戏开发和科研的共同特点。特别是在航天科研中，精确地模拟卫星的运行轨迹显得尤为重要。然而，游戏中的刚体模拟与科研中的模拟存在诸多不同之处。
为了提升玩家体验，游戏会简化操作精度和细节，更多地侧重于提升玩家的沉浸感。比如在《怪物猎人》中，怪物的动作模拟虽然看起来很酷炫，但并不追求精确的物理模拟。而在科研领域，对模拟的精度要求则非常高。
关于未来游戏制作，物理模拟能否兼顾精确与高效，大家有何见解？期待大家在评论区留言，同时，也欢迎点赞和分享。
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