Filledukkefysikk

Filledukkefysikk (engelsk: ragdoll physics) er prosedyrisk animasjon som, i videospill, gjerne overlater kontrollen over en figurs bevegelser til selve spillet. Metoden blir ofte anvendt når figuren befinner seg i luften eller har på noen annen måte blitt immobilisert.

Introduksjon

Tidlige videospill brukte håndlagede animasjoner på grunn av begrensningene til eldre datamaskiner. Dette hjalp til med ytelse siden CPU-en ikke behøvde å gjøre mer enn å f.eks. hente inn en håndlaget dødssekvens når spillet kalte for det.

Stadig kraftigere datamaskiner gjorde imidlertid simuleringen av fysikk i sanntid enklere. Filledukke oppsto så som betegnelse for en samling stive legemer som vanligvis er knyttet til et bein i spillmotorens system for skjelettanimasjon. Legemene er bundet av restriksjoner som bestemmer hvordan beina kan bevege seg i forhold til hverandre.

Som følge av disse restriksjonene, vil figuren miste mye eller all stivhet i skjelettmuskulaturen sin. Dette fører til at den gjerne faller på samme måte som en tøydukke, eller filledukke, og havner i en unaturlige posisjon. Herfra kommer navnet.

Det første spillet som anvendte filledukkefysikk var det Jurassic Park-lisensierte spillet Jurassic Park: Trespasser. Spillet fikk sprikende kritikk, hovedsakelig negativ. Det inneholdt et stort antall bugs, men ble husket som en pionér i fysikkmotorer for videospill.

Bruk av filledukkefysikk i dag strekker seg lenger enn dødssekvenser. Det finnes slåssespill hvor spilleren kontrollerer en del av kroppen til figuren mens resten følger etter, som Rag Doll Kung Fu, og til og med racingspill, som FlatOut-serien.

Metoder

Filledukker har blitt implementert ved hjelp av Featherstones algoritme og «fjærdemper-kontakter».^[1] En alternativ metode benytter seg av restriksjonsløse og idealiserte kontakter.^[2] Selv om «begrenset stiv kropp»-teknikken for filledukker er mest vanlig, er det andre «pseudo-filledukke»-teknikker i bruk.

Verlet integration: brukt av Hitman: Codename 47 og gjort populær av Thomas Jakobsen [1]^{[død lenke]}. Denne teknikken modellerer hvert av beina til figuren som et punkt koblet til et vilkårlig antall andre punkter via enkle begrensninger. Verlet-begrensninger er mye enklere og raskere å beregne enn de fleste av de andre fullt modellerte, rigide kroppssystemene, som fører til mye mindre bruk av CPU-en for figurene.
Inverse kinematics-etterbehandling: brukt i Halo. Denne teknikken er avhengig av å spille av en forhåndssinnstilt dødsanimasjon og så bruke omvendt kinematikk for å tvinge figuren inn i en mulig posisjon etter at animasjonen er avspilt. Dette betyr at en figur kan ende opp med å klippe gjennom verdenen under en animasjon, men etter at animasjonen er avsluttet vil alle bein være på et gyldig sted.
Blended ragdoll: Denne teknikken (brukt i Halo 2) fungerer ved å spille av en håndlaget animasjon, men begrenser animasjonen til det et fysisk system vil tillate. Dette letter på den slarkete filledukke-følelsen, men tilbyr korrekt interaksjon med omgivelsene. Dette krever både animasjonsprosessering og fysikkprosessering, noe som gjør den enda tregere enn kun tradisjonell filledukketeknikk, men dette blir overskygget av den ekstra realismen som tilbys.

Fordeler/ulemper

Siden utføringen av simulasjon krever mye av en CPU, benytter de fleste spill seg av tilnærmede filledukker for sine figurer.

Bein i ekstremitetene, som fingre, blir som oftest ikke simulert.
Enkle ledd blir brukt i stedet for ekte begrensninger som blir gitt av et ekte skjelett. For eksempel blir et menneskelig kneledd ofte modellert som et stivt hengsel, selv om et ekte kne vil tillate noe rotasjon.
Forenklede kollisjonshylster er brukt for å oppdage kontakt med andre rigide kropper i stedet for å oppdage kollisjoner med rutenettet.

Hovedfordelen med filledukker over tradisjonell animasjon er at de åpner for mye mer korrekt samhandling med omgivelsene. Der det ville ha vært uoverkommelig tidskrevende å prøve å håndlage egendefinerte animasjoner for alle mulige omstendigheter, genererer filledukker en akseptabel tolkning av hendelser på direkten.

Se også

Referanser

^ US 6067096 "Method and system for generating realistic collisions in graphical simulations"
^ Baraff, David and Witkin, Andrew (1997). «Physically Based Modeling: Principles and Practice». Proc. SIGGRAPH '97. SIGGRAPH 97. Los Angeles: Association for Computing Machinery Special Interest Group on Graphics.

Eksterne lenker

Trespasser postmortem i Game Developer
GDC 2001 Proceedings Archive Arkivert versjon av Advanced Character Physics

Eksempler

Rag Doll Kung Fu
Ragdoll Masters, et slåssespill med filledukker
Skistuntsimulator (java)
Falling woman (flash)
Thomas Jakobsen's artikkel om integreringen av Verlet Physics
Stair Dismount og Truck Dismount
Mona the Ragdoll (krever flashplayer 9) laget med The FisixEngine (en AS3 fysikkmotor for flash)
Sumotori Dreams
Toribash
[2]
TrueBones.Com Filledukkeeksempel

Autoritetsdata

[1] US 6067096 "Method and system for generating realistic collisions in graphical simulations"

[2] Baraff, David and Witkin, Andrew (1997). «Physically Based Modeling: Principles and Practice». Proc. SIGGRAPH '97. SIGGRAPH 97. Los Angeles: Association for Computing Machinery Special Interest Group on Graphics.

[1]

[2]