为谁而写.PDF

前言 為誰而寫 簡單地說，本書是專為沒有紮實的力學和物理背景，卻負責要在遊戲中加入物理模擬 的電腦遊戲設計師所設計的。 身為遊戲設計師或電腦玩家的讀者，也許曾經見過以「超擬真」或「寫實」為號召的 產品。同時，自己或公司的行銷部門，也許正在考慮如何在產品中添加物理的擬真 度。或是想要作一些全新的嘗試，因此必須去探索真實的物理學。但唯一的問題是在 大學時期時，可能考完期末考之後就將物理教科書丟入湖中，而且之後未曾再接觸此 領域。也許還買了一套相當酷的物理引擎，但是卻不了解其中運作的原理，或是執行 模擬時此引擎的影響。或者負責調校其他人所寫的物理學程式碼時，卻不清楚其運作 的原理。有以上這些情況的人都適合閱讀本書。 當然，可以從網際網路、專業期刊和雜誌來獲得相關資料與指引，讓遊戲能加入物理 的擬真度，也可以重新閱讀舊的物理教科書。但或許你會發現這些資料可能太過廣泛 而不適合直接應用於遊戲，或是內容過於進階而需要搜尋其他資料來補強基礎知識。 本書將蒐集所有需要的資料，讓作為遊戲設計師的人能夠有一個好的出發點，以便能 在遊戲中加入物理擬真度來豐富遊戲內容。 本書並不只是針對各式各樣的問題而提供不同的範例程式而已，因為網路上充斥著太 多這類的範例程式（當然也有一些非常好的程式）。本書除了對某些問題提供解答之 外，還希望讓讀者對於相關領域能有徹底而基本的瞭解，進而對其他問題發展出自己 的解決方案。因此將會詳細解說運用在遊戲開發的物理學原理，除了範例程式外，也 會提供手寫的計算範例來補充說明。 xii │前言 讀者的先備知識 本書不會假設讀者都是物理專家，但仍然希望非物理或工程學系的讀者，至少要有大 專程度的基礎物理學知識。但是前幾章都會複習與遊戲物理相關的主題，所以對物理 學已經印象不深的話也沒關係。 但是本書希望讀者精通三角函數、向量和矩陣數學，相關資料可參考附錄。同時也希 望具備有大專程度的基本微積分知識，包括對於顯函數（explicit function ）的積分與 微分。數值積分與微分又是另一個領域，本書稍後幾章將會詳細介紹這些技巧。 力學 當本書還處於構思階段時，許多人若聽到「擬真物理學」或「即時模擬」這些名詞， 通常會立刻想到飛行模擬程式。頂尖的飛行模擬當然與本書有關，然而許多不同類型 的遊戲和特定遊戲的元素，也都受益於物理的擬真度。 想像以下這個範例：設計下一個轟動的射擊遊戲，有第一人稱的 3D 畫面、華麗的貼圖 和令人震撼的音效，但卻缺少某個元素：擬真度。具體地說，希望藉由挑戰玩家的射 擊技術讓遊戲感覺更真實，欲達成這個目標就要將某些因素列入考慮，例如與目標之 間的距離、風速和方向、槍口速度等等。但其實不需要捏造這些元素，而是根據物理 原理來模擬這些元素的物理特性。任職於 MathEngine Plc 的 Gary Powell 說：「虛擬 世界的影像和令人沉迷的體驗、以精密的多邊形仔細建立的模型、複雜的貼圖和先進 的光源投影，當物體開始移動和互動時通常是令人震驚的1 」。H 的 CEO — 2 Steven Collins 博士則說「這完全是互動性和吸引力」 。我們認為這些人都找對了方 向。為什麼要耗費這麼多時間和精力，只為了讓遊戲世界看起來夠真實，但不再多花 一點時間讓遊戲中的動作更真實呢？ 1 撰寫本書第一版時，Gary Powell 任職於 MathEngine Plc 。其產品包括 Dynamics Toolkit 2 和 Collision Toolkit 1 ，可 以處理單一或多重物體的動力學。現在該公司的名稱已改為CM Labs 。 2 撰寫本書第一版時，Collins 博士是 H 的 CEO 。這間公司的技術可以處理剛體、柔體、布料、流體和粒 子的動力學。而Intel 在2005 年買下此公司。 前言 │ xiii 以下是一些可利用物理學增加擬真度