CC BY
85
УДК 004.9
Д. А. Родин, А. В. Кузьмин
ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА МОДЕЛИРОВАНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ И СТОЛКНОВЕНИЙ ОБЪЕКТОВ НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ FLASH
Аннотация. Данная статья подготовлена по материалам доклада «Разработка программного средства моделирования движения и столкновений объектов для игровых и обучающих приложений», представленного в рамках секции «Информационные технологии» на конференции «Современные информационные и телекоммуникационные технологии в обеспечении комплексной безопасности» (23 октября 2015 г., г. Пенза), проект был отобран для участия в финальном мероприятии конкурса по программе «УМНИК» (осенняя сессия 2015 г.).
Ключевые слова: онлайн приложения, физический движок, компьютерная графика, математическое моделирование.
Введение
Множество компьютерных игр и обучающих программ основаны на моделировании физических взаимодействий между объектами.
Одним из самых перспективных направлений в индустрии компьютерных игр является разработка приложений для социальных сетей с использованием технологии Flash. Примеры применения систем моделирования и визуализации взаимодействия объектов сцены в игровых онлайн-приложениях приведены на рис. 1.
Рис. 1. Примеры игровых приложений, основанных на физических взаимодействиях
Ежегодно российский рынок социальных игр растет почти на 100 млн долл. [1], рост объема рынка по данным [2] показан на рис. 2.
В настоящее время не существует программных средств моделирования физических взаимодействий, использующих технологию Flash и обеспечивающих одновременно высокую точность и быстродействие.
Предлагается разработать универсальный набор программных средств, позволяющих моделировать физические взаимодействия с использованием технологии Flash, для применения в онлайн-приложениях. Систему под рабочим названием Physics.as предполагается использовать для создания игр и обучающих программ, которые работают прямо в окне браузера. Есть возможность интеграции таких игр в социальные сети. Актуальность этой разработки в том, что в настоящее время в данной индустрии быстрее всего развиваются два направления - игры для мобильных устройств и для социальных сетей. Темп роста российского рынка игр для социальных сетей составляет 100 млн долл.
в год [1]. Одна из основных проблем разработчиков - моделирование физических взаимодействий объектов сцены. Оно является очень трудоемким, и поэтому, как правило, используются готовые программные средства сторонних разработчиков - физические движки [3]. В основном они не отличаются гибкостью, корректностью и быстродействием.
О Н-1-1-1-1-1-1-1
2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016
ГОДЫ
Рис. 2. Объем рынка онлайн-игр в России
1. Назначение системы
Предлагаемый продукт будет представлять собой набор общих классов и функций, на основе которого будут создаваться конкретные приложения (рис. 3). Эти классы и функции отвечают за представление объектов и обработку их взаимодействий. Среди решаемых системой задач выделяются следующие:
- моделирование движения объектов;
- определение столкновений объектов с высокой точностью;
- моделирование воздействия гравитации;
- моделирование притяжения и отталкивания объектов;
- задание ограничивающих поверхностей любой формы.
Рис. 3. Схема взаимодействия логики приложения и физического движка
2. Анализ аналогов
Сравнительная характеристика аналогов приведена в табл. 1.
Таблица 1
Сравнение возможностей известных движков
Показатель Box2D Bullet Havok PhysX Physics.as
Поддержка Flash + - - - +
Отсутствие артефактов - + + + +
Возможность работы с изменяемой ограничивающей поверхностью - - * * +
Независимость от аппаратного обеспечения + + + - +
Низкие требования к вычислительным ресурсам + - - - +
Примечание. * - реализация сложна и требует дополнительных вычислительных ресурсов.
Наиболее близким аналогом является движок Вох2Б [4]. Пример его работы приведен на рис. 4. Он, как и другие аналоги, имеет ряд недостатков, таких как недостаточное быстродействие, накладывающее ограничение на число объектов. Также во многих движках отсутствует возможность работы с изменяемой ограничивающей поверхностью.
Рис. 4. Демонстрация физических взаимодействий в Box2D
Аналоги, представленные на рынке, обладают существенными недостатками. Так, известен ряд широко распространенных артефактов, например когда при относительном движении объектов на больших скоростях физический движок не фиксирует их столкновение и объекты двигаются сквозь друг друга или застывают. Необходимость защиты от такого вида сбоев является постоянной проблемой разработчиков и требует от них значительных усилий.
К тому же многие из движков являются платными или распространяются с ограничениями. Например, Иауок не распространяется бесплатно, если предполагается создавать с его помощью кроссплатформенные приложения [5].
3. Новизна и значимость предлагаемых решений
Научная новизна состоит в использовании принципиально нового алгоритма, который позволяет обрабатывать столкновения тел с пиксельной картой, изменяемой во время работы программы, и избавиться от артефактов, характерных для существующих движков. Пример работы предлагаемого алгоритма с пиксельной картой приведен на рис. 5.
Рис. 5. Обработка столкновения объекта с пиксельной картой
Алгоритм расчета взаимодействий отличается методикой нахождения ограничивающих прямоугольников и расчета точки столкновения, обеспечивает высокую точность, позволяет работать с ограничивающими поверхностями любой формы, превосходит аналоги по быстродействию, а также корректно обрабатывает столкновения объектов, движущихся на большой скорости.
Техническая значимость предложенного проекта заключается в том, что он позволит создавать браузерные игры с более сложными сценами (с большим числом объектов) и более реалистичными физическими взаимодействиями. Также продукт значительно облегчит разработчикам моделирование физических взаимодействий объектов сцены.
4. Перспективы коммерциализации
Коммерциализация предлагаемой системы заключается в ее использовании для разработки собственных игр для социальных сетей. При этом прибыль будет поступать за счет рекламы и микротранзакций. Согласно исследованию, проведенному компанией Mail.ru Group, объем российского рынка игр для социальных сетей составляет 29 млрд руб. и будет только расти.
Другой возможностью коммерциализации является заключение договоров об использовании программного продукта со сторонними разработчиками и компаниями по разработке игр. Ведутся переговоры о сотрудничестве с потенциальным партнером Peachful Team, разработавшей Space Wormage Project (1,8 млн игроков) и Коммандос (1,1 млн игроков).
На данный момент разработка ведется уже более полугода на собственные средства. Создано тестовое игровое приложение, скриншот приведен на рис. 6. Приложение размещено на платформе Вконтакте: 139 пользователей соцсети тестируют его, имеется много положительных отзывов [6]. Скриншот группы приведен на рис. 7. Группа приложения находится по адресу https://vk.com/worms_army.
Рис. 6. Скриншот игрового приложения
В целях защиты интеллектуальной собственности после создания программного продукта предполагается получить свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.
Рис. 7. Скриншот страницы группы приложения
Заключение
Проведенные исследования показали, что на данный момент на рынке не представлено универсальных программных средств для моделирования физических взаимодействий на основе технологии Flash, сочетающих быстродействие, точность и отсутствие артефактов моделирования. Тенденции развития рынка приложений для социальных сетей говорят о востребованности таких готовых технических решений.
Таким образом, авторами предложены программные средства моделирования движения и столкновений объектов на основе технологии Flash. Разработан новый алгоритм расчета столкновений объектов. Реализовано и размещено в социальной сети тестовое игровое приложение, демонстрирующее эффективность предложенных технических решений.
Предлагаемый программный продукт позволяет разработчикам игр создавать приложения с более сложными сценами и более реалистичными физическими взаимодействиями, обладает определенными преимуществами перед аналогами и имеет перспективы коммерциализации.
Список литературы
1. Пресс-релиз компании Mail.ru Group. - URL: https://corp.mail.ru/ru/press/releases/9149/
2. Компания J'son & Partners Consulting: Российский рынок онлайн-игр. - URL: http://web.json.ru/poleznye_materialy/free_market_watches/analytics/rossijskij_rynok_onlajn-igrb_ 2010-20l6_gg/
3. GameDev: портал разработчиков компьютерных игр. - URL: http://www.gamedev.ru/terms/PhysicsEngine
4. Box2DFlash : официальный сайт проекта. - URL: http://www.box2dflash.org/
5. Havok : официальная страница проекта. - URL: https://www.havok.com
6. Worms_army : официальная страница группы приложения. - URL: https://vk.com/worms_army
Родин Дмитрий Андреевич Rodin Dmitriy Andreevich
студент, student,
Пензенский государственный университет Penza State University E-mail: rodind-1@mail.ru
Кузьмин Андрей Викторович
кандидат технических наук, доцент, кафедра информационно-вычислительных систем, Пензенский государственный университет E-mail: flickerlight@inbox.com
Kuz'min Andrey Viktorovich
candidate of technical sciences, associate professor, sub-department of information and computation systems, Penza State University
УДК 004.9 Родин, Д. А.
Программные средства моделирования перемещений и столкновений объектов на основе технологии Flash / Д. А. Родин, А. В. Кузьмин // Вестник Пензенского государственного университета. - 2016. -№ 1 (13). - C. 65-70.
