Факультет интеллектуальных систем и программирования
Кафедра программная инженерия им. Л. П. Фельдмана
Направление: 09.04.04 Программная инженерия
Профиль: Методы и средства разработки программного обеспечения
Тема выпускной квалификационной работы магистра: "Исследование путей применения современных инструментальных программных средств моделирования физических эффектов при разработке новых компьютерных игр"
Руководитель ВКР: к.т.н, доцент Григорьев А.В.
Связаться со мнойАвторы: А.В. Григорьев, А.В. Синяев
Описание: в статье рассматриваются развитие компьютерных игр и роль физических движков в создании реалистичных виртуальных миров. Анализируются современные тенденции, классификация и алгоритмы, используемые для симуляции физических явлений. Обсуждаются популярные движки: PhysX, Havok, Bullet и Unity Physics с акцентом на их преимущества и недостатки. Выявляются ключевые аспекты выбора движка в зависимости от требований проекта и целевой аудитории. Подчеркивается актуальность разработки методики применения физических движков и перспективы развития в контексте новых технологий, таких как облачные вычисления и искусственный интеллект, открывающих новые возможности для интерактивных игровых опытов.
Авторы: А.В. Григорьев, А.В. Синяев
Описание: в статье проводится комплексный экономический анализ внедрения современных физических движков в разработку компьютерных игр. Исследуются ключевые аспекты инвестиционных затрат, включая лицензирование, интеграцию и оптимизацию физических систем. Подробно анализируются потенциальные выгоды от реализации продвинутой физики: рост продаж, увеличение монетизации через DLC, снижение затрат на производство контента и маркетинговые преимущества. Особое внимание уделяется методике расчета сроков окупаемости с учетом жанровых особенностей и платформенной специфики. На основе построенной финансовой модели демонстрируется, что средний срок окупаемости составляет 2-5 месяцев при норме внутренней доходности 143%. В заключении формулируются практические рекомендации по выбору физических движков для проектов различного масштаба и выделяются перспективные направления развития игровой физики в контексте emerging technologies (Zhang et al., 2023).
3. ДИНАМИЧНЫЙ РАСЧЕТ ТВЕРДОТЕЛЬНОЙ ДЕТАЛИ С ПРИМЕНЕНИЕМ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Авторы: А.Н. Горбунов, А.В. Григорьев
Описание: в данной статье рассмотрен порядок практического применения метода конечных элементов, описано преимущества метода и его особенности, рассмотрен метод структурного анализа методом конечных элементов. Были затронуты метод прямого равновесия, методы работы или энергии, принцип виртуальной работы, методы взвешенных остатков, компьютерные методы решения задач. Сделаны выводы.
4. АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ КОМПОНЕНТОВ В САПР
Авторы: А.В. Григорьев, Е.С. Бондаренко
Описание: большинство обрабатывающих производств производят аналогичные компоненты, из которых проектировщик должен моделировать подобные продукты снова и снова, что не только отнимает много времени, но и вызывает утомление оператора и снижение продуктивности дизайнера. Различные виды деятельности отдела САПР можно автоматизировать, чтобы освободить дизайнера от повторяющихся задач и выполнить другие важные функции, такие как анализ, которые нельзя автоматизировать. В данной работе продемонстрировано, как геометрическое моделирование можно полностью автоматизировать, снижая вероятность возникновения ошибок и повышая общую эффективность процесса проектирования.
Авторы: А.С. Сырых, А.П. Ищенко, А.В. Григорьев
Описание: в статье рассмотрена проблема развития графических редакторов VR. Для решения проблемы проведено исследование существующих аналогов успешных компаний отрасли и выявление их достоинств и недостатков. Приведен возможный сценарий дальнейшего развития графических редакторов VR.
6. МЕХАНИЗМЫ ДВИЖЕНИЯ И ФИЗИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ В СОВРЕМЕННЫХ САПР
Авторы: Д.Н. Чернышов, А.В. Григорьев
Описание: в работе описана возможность протестировать движение деталей на примере САПР Catia v5. Проанализированы некоторые физические расчеты в современных САПР.
7. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МЕТОДА КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ РАСЧЕТОВ В САПР
Авторы: Д.Н. Чернышов, О.С. Грищенко, А.В. Григорьев
Описание: рассмотрена проблема расчета физики в виртуальных моделях проектов. Рассмотрен метод конечных элементов в общем виде.
8. МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В САПР
Авторы: Д.Н. Чернышов, А.В. Григорьев
Описание: рассмотрены некоторые физические расчеты, применяемые в большинстве САПР . Определены преимущества моделирования физических процессов. Описана важность комплекса CAE.
9. АНАЛИЗ МЕТОДОВ И ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ РАЗРАБОТКИ ИГР
Авторы: С.А. Макорин, А.В. Григорьев
Описание: основы и структура. Рассмотрение компонентов. Навигация по средствам разработки.
10. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ UNITY И UNREAL ENGINE В РАЗРАБОТКЕ СИМУЛЯТОРОВ
Авторы: Б. Гылыджов, Г. Дерьева, Г. Гараева, М. Гайыпназаров
Описание: данная статья представляет собой глубокий анализ двух ведущих игровых движков, Unity и Unreal Engine, в контексте разработки симуляторов. Мы сравним их ключевые особенности, такие как производительность, визуальные эффекты, инструменты разработки, а также рассмотрим примеры успешных проектов, созданных на каждой из платформ. Цель статьи - помочь разработчикам сделать обоснованный выбор между Unity и Unreal Engine для реализации своих симуляционных проектов.
11. ИГРОВЫЕ ДВИЖКИ: ИСТОРИЯ И СОВРЕМЕННЫЕ ТЕНДЕНЦИИ
Авторы: А.Е. Ломтева, Е.В. Грибова
Описание: в статье проведён анализ эволюции игровых движков от их зарождения в 1970-х годах до современных тенденций 2020-х годов. Рассмотрены ключевые технологические прорывы, влияние аппаратного обеспечения на развитие движков, а также перспективы дальнейшего развития с учётом интеграции искусственного интеллекта, облачных вычислений и технологий виртуальной реальности.
12. СОВРЕМЕННЫЕ ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ РАЗРАБОТКИ КОМПЬЮТЕРНЫХ ИГР
Авторы: А.А. Трунов, И.П. Проскурин
Описание: в статье рассматриваются современные программные редакторы, применяемые для разработки компьютерных видеоигр.
13. ИНСТРУМЕНТЫ ВИЗУАЛИЗАЦИИ КОМПЬЮТЕРНЫХ ИГР
Авторы: Г.В. Петрухнова, А.Б. Жерелин
Описание: Рассматриваются основные этапы визуализации трёхмерного и двухмерного пространства в программных обеспечениях по созданию компьютерных игр (игровых движках). Показано, что игровые движки являются перспективным направлением работы с трёхмерной (3D) графикой. Показаны ключевые инструменты разработки пользовательских интерфейсов. Представлены и детализированы основные этапы визуализации: подготовка сцены, построение примитива объекта, окрашивание объектов, создание проекции экранного пространства, растеризация. Указано, что Unity предлагает три различных конвейера для создания высококачественных визуальных эффектов: универсальный конвейер рендеринга (URP), конвейер рендеринга высокой четкости (HDRP), встроенный (Built-In). Рассмотрены особенности и возможности этих конвейеров. В качестве практического примера демонстрации инструментов визуализации рассмотрено их использование для реализации графического интерфейса приложения «Двойные крестики-нолики». Данная игра является усложнённым вариантом классических «крестиков-ноликов». Классический вариант довольно популярен среди детей и молодёжи, однако его постоянное использование приводит к постепенному угасанию интереса к игровому процессу. В варианте «Двойные крестики-нолики» имеются дополнения к традиционным правилам, благодаря которым усложняется игровой процесс, что позволяет поддерживать интерес к игре. Совместное использование традиционной версии и предлагаемой позволяет сделать игру многоуровневой. Мобильное приложение «Двойные крестики-нолики» выполнено в 2D-режиме с видом сбоку. В качестве конвейера рендеринга был выбран встроенный конвейер Unity. Рассматриваются особенности реализации графического интерфейса данного приложения. Показаны возможности инструментов визуализации игрового движка Unity для разработки графический интерфейса этого мобильного приложения
14. КЛЮЧЕВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ РАЗРАБОТКИ КОМПЬЮТЕРНЫХ ИГР И ДАЛЬНЕЙШИЕ ПЕРСПЕКТИВЫ
Авторы: М.Ю. Трофимов
Описание: в данной статье представлен обзор современных технологий, используемых в индустрии разработки игр. Рассматриваются ключевые этапы создания игр, включая разработку игрового движка, моделирование, анимацию, программирование, звуковое оформление и тестирование. Особое внимание уделяется современным тенденциям, таким как использование искусственного интеллекта, облачных технологий и процедурной генерации контента, а также обсуждаются перспективы дальнейшего развития технологий разработки игр.
Авторы: К.С. Ермакова
Описание: в статье рассматривается отечественный игровой движок Unigine, его возможности и функционал, для оценки способности удовлетворения потребностей пользователя. Решением данного вопроса является аналитическое сравнение игровых движков.
16. ОБЗОР НАИБОЛЕЕ ПОПУЛЯРНЫХ ИГРОВЫХ ДВИЖКОВ
Авторы: А.Ю. Гречишкин
Описание: cтатья представляет собой обзор наиболее популярных игровых движков, используемых для создания компьютерных игр. Рассмотрены движки-конструкторы (Construct 2, Construct 3), платформы для 2D и 3D разработки (GameMaker Studio, Godot Engine, Unity 3D, Unreal Engine). Для каждого движка приведены основные характеристики, преимущества и недостатки, что позволяет сделать обоснованный выбор инструмента в зависимости от задач разработчика и уровня его подготовки.
17. StarDEM: метод дискретных элементов для звездообразных частиц
Авторы: Camille Schreck, Sylvain Lefebvre, David Jourdan, Jonàs Martínez
Автор перевода: А.В. Синяев
Описание: гранулированные материалы, состоящие из частиц сложной формы, сложно имитировать из-за большого числа столкновений между частицами. В этом контексте звездообразные формы являются многообещающими: они охватывают широкий диапазон геометрий от выпуклых до вогнутых и обладают интересными геометрическими свойствами. Мы предлагаем эффективный метод моделирования большого количества одинаковых звездообразных частиц. Наш метод основан на эффективной аппроксимации контактов между частицами, которые могут иметь сложные формы, в том числе сильно невыпуклые. Мы демонстрируем наш метод, реализуя его в 2D-моделировании с использованием метода дискретных элементов, как на центральном процессоре, так и на графическом процессоре.
18. Жесткие ограничивающие рамки для вокселов и кирпичей в Лучевой Индикатор Поля Со знаком Расстояния
Авторы: H. Hansson-Söderlund, T. Akenine-Möller
Автор перевода: А.В. Синяев
Описание: Мы представляем простые методы вычисления жестких ограничивающих рамок, выровненных по оси, для вокселов и для блоков вокселов в средстве визуализации функции расстояния со знаком, основанном на трассировке лучей. Наши результаты показывают общее сокращение времени кадра на 20-31% при трассировке траектории в реальном времени.
19. Моделирование персонажа с использованием имитационного обучения и физики игрового движка
Авторы: João Rodrigues, Rui Nóbrega
Автор перевода: А.В. Синяев
Описание: cоздание визуальных 3D-сенсорных персонажей, взаимодействующих с аналогами с искусственным интеллектом и виртуальными средами, может оказаться сложной задачей для тех, у кого меньше опыта в использовании алгоритмов обучения или создании визуальных сред для выполнения моделирования на основе агентов. В этой статье рассматривается использование игровых движков в качестве инструмента для создания и выполнения графических симуляций с 3D-сенсорными персонажами с помощью таких плагинов, как ML-Agents для игрового движка Unity3D. Это позволяет моделировать агентов с использованием готовых алгоритмов и использовать движок игрового движка для визуализации этих агентов. Мы исследуем использование этих инструментов для создания визуальных ботов для игр и учим их играть в игру, пока они не достигнут уровня, на котором смогут выступать в качестве противников для реальных игроков в интерактивных играх.
20. Снижение LOD на основе скорости в виртуальной реальности: Психофизический подход
Авторы: David Petrescu, Paul A. Warren, Zahra Montazeri, Steve Pettifer
Автор перевода: А.В. Синяев
Описание: гарнитуры виртуальной реальности позволяют пользователям исследовать окружающую среду, выполняя самопроизвольные движения. Скорость движения сетчатки, создаваемая такими движениями, снижает способность зрительной системы различать мелкие детали. Мы измерили влияние самоиндуцированных поворотов головы на способность обнаруживать изменения качества реалистичной 3D-модели в иммерсивной среде виртуальной реальности. Мы варьировали уровень детализации (LOD) в зависимости от скорости вращения головки с разной степенью выраженности. Используя психофизический метод, мы попросили 17 участников определить, какой из двух представленных интервалов содержал модель более высокого качества при двух разных условиях максимальной скорости. После сопоставления психометрических функций с данными, связывающими процент правильных ответов с агрессивностью манипуляций LOD, мы определили пороговую степень серьезности, при которой участники могли достоверно (75%) определить модель с более низким уровнем LOD. Участники согласились на примерно четырехкратное снижение LOD даже в условиях низкой максимальной скорости без существенного влияния на воспринимаемое качество, предполагая, что сущестует значительный потенциал для оптимизации при перемещении пользователей (увеличенный диапазон неопределенности восприятия). Более того, LOD может ухудшаться значительно сильнее (около 84%) в условиях максимальной скорости напора, что позволяет предположить, что эти эффекты действительно зависят от скорости.
Авторы: Gábor Fábián
Автор перевода: А.В. Синяев
Описание: в этой статье мы представляем методы моделирования всплывания тел, представленных треугольными сетками. Основной проблемой при создании такого моделирования является определение выталкивающей силы и ее контрольной точки. Мы предлагаем 5 алгоритмов, 3 приближения и 2 точных метода, которые позволяют рассчитывать выталкивающие силы в режиме реального времени. Каждый алгоритм основан на строгих физических и математических принципах, выполняя вычисления непосредственно на треугольной сетке, а не ее аппроксимации. Наконец, мы проверяем точность и эффективность этих алгоритмов на простых примерах.