Разработка автомобильного симулятора – задача, которая ставит перед геймдизайнером и программистом ряд уникальных вызовов. Сложность состоит не только в создании привлекательного визуального представления транспортного средства, но и в том, чтобы механика движения и управления была достаточно правдоподобной, но при этом оставалась интересной и доступной для игрока. Именно с этой целью в проекте AV-Racer была выбрана стратегия упрощенного, но при этом эффективного моделирования поведения автомобиля в 2D пространстве. Первоначально разработчики хотели реализовать физику машины, опирающуюся на реальные законы механики: силы, действующие на шины, тяговое усилие и сопротивление. Однако, учитывая ограниченное понимание и объем знаний в автомобильной физике, эти попытки не привели к удовлетворительным результатам.
Слишком сложные и неточные расчеты лишь мешали добиться плавного, «играбельного» ощущения, и команда приняла решение пойти более прагматичным путем – сосредоточиться на аркадной модели автомобиля. Аркадные гонки отличаются от реалистичных симуляторов упрощенной физикой, что позволяет сделать управление более отзывчивым и интуитивным. Ключевым элементом стала идея представления машины как одного объекта с одной системой тяги, а не четырьмя отдельными колесами. Таким образом, автомобиль моделировался как некий катящийся шар, что заметно облегчило вычисления и управление движением. Основываясь на угле поворота машины относительного оси игрового мира, была сформирована продольная (longitudinal) и поперечная (lateral) оси.
Продольный вектор указывал направление, в котором приложение силы ускорения имело бы эффект, что логично соответствовало направлению, куда «смотрит» машина, в то время как поперечный вектор служил для моделирования бокового скольжения и поворотов. Ускорение автомобиля рассчитывалось на основе величины нажатия на газ — показатель был нормирован от 0.0 до 1.0, где 1.0 означала максимальное давление.
Сила ускорения умножалась на этот коэффициент и на специально подобранный параметр, влияющий на интенсивность разгона, что позволяло эффективно регулировать отзывчивость ускорения. Торможение представляло собой противоположное ускорению усилие, направленное в сторону противоположную вектору текущей скорости. Коэффициенты мощности торможения также варьировались от 0 до 1, обеспечивая разнообразие в ощущениях от легкого замедления до форсированной остановки. Еще одним важным аспектом были силы трения, которые играют ключевую роль в плавном замедлении машины и препятствуют постоянному дрожанию или колебаниям при остановке. Разработчики использовали математическую функцию, основанную на экспоненте, для масштабирования силы трения в зависимости от скорости, что позволяло делать это воздействие сильнее на низких скоростях, а на больших – минимальным.
Резистанс - сила сопротивления, отражающая влияние аэродинамического сопротивления и других факторов, замедляющих автомобиль при высоких скоростях, вводился в игру как вектор, пропорциональный скорости и умноженный на коэффициент сопротивления, обеспечивая ограничение максимального разгона. В сумме все перечисленные векторы сил складывались в изменение скорости машины. Этот подход позволил создавать плавные ощущения от разгона, торможения и в целом передвижения по карте. Повороты автомобиля реализовались через изменение угловой скорости. Основным усложнением стала задача сделать повороты плавными и реалистичными.
Программный трюк заключался в ограничении угловой скорости с положительной зависимостью от ходовой скорости – быстрее машина ехала, тем меньше могла поворачивать за единицу времени. Это позволяло подкрутить поведение так, чтобы машина не вращалась слишком резко на больших скоростях, что сразу создавало эффект более реалистичного вождения. Чтобы добавить ощущения скольжения и заноса, была введена декомпозиция скоростного вектора автомобиля на продольную и поперечную компоненты. Поперечная составляющая соответствовала движению вбок, а ее масштабирование с помощью коэффициента скольжения позволяло определить, насколько сильно машина будет «скользить» при поворотах. Это искусственное смещение направления движения машины относительно взгляда игрока создавало визуальный и геймплейный эффект заноса без использования сложных физических вычислений.
Для повышения точности моделирования и устранения проблем с нестабильной симуляцией применялся метод субстеппинга — когда игровой цикл разделялся на множество мелких шагов. Благодаря этому уменьшалась величина изменений, применяемых за один шаг, что приводило к более реалистичному и плавному движению и уменьшало вероятность ошибок. Дальнейшее улучшение затрагивало обработку угловой скорости и управление моментом инерции. Постоянное скольжение и несоответствие угловой скорости реальному поведению машины напоминали эффект «воздушной подушки». Для решения этой проблемы был введён демпфирующий коэффициент, который уменьшал угловую скорость пропорционально текущему значению, предотвращая чрезмерное вращение и придавая автомобилю более естественные движения.
Еще одной инновацией стал «накопитель скольжения» — значение, которое увеличивается при сильных боковых нагрузках (например, при поворотах на высокой скорости) и уменьшается, когда такие нагрузки отсутствуют. Этот механизм позволял регулировать величину скольжения динамически, создавая эффект реального ухудшения сцепления с дорогой при агрессивном управлении и быстром снижении при плавном движении. Благодаря таким решениям модель автомобиля сохраняла баланс между управляемостью и реалистичностью, обеспечивая при этом лёгкость опыта и удовольствия от вождения. Все параметры упрощённой физики становились удобными для регулировки и балансировки, что поддерживалось интерфейсом ImGui — они позволяли быстро экспериментировать и подгонять поведение машины под желаемый геймплей. Последующая работа над игрой AV-Racer сосредоточится на создании и управлении трассами, а также на расширении возможностей игрового процесса.
Тем не менее даже базовая физика автомобиля, описанная выше, уже сегодня показывает достойный уровень качества и нравится тестерам за сочетание точности и отзывчивости управления. Процесс создания функциональной модели автомобиля в AV-Racer — отличный пример того, как можно применять компромиссы между сложностью и удобством использования, ориентируясь на конечного пользователя и его впечатления от игры. Этот подход доказал, что даже упрощённые модели могут стать основой для увлекательных и сбалансированных игровых механик, если грамотно придумать и реализовать основные алгоритмы движения и взаимодействия с игровым миром. В итоге, ключ к успешной разработке аркадного автосимулятора — это понимание, что физика должна служить игроку, а не быть самоцелью, и что небольшие хитрости и ухищрения иногда работают лучше, чем сложные, но непрактичные модели. В следующих этапах разработки команда AV-Racer планирует уделить особое внимание созданию динамичных и разнообразных трасс с разными покрытиями, что потребует дополнительных настроек текущей модели для передачи различной тяги и реакции автомобиля на разные дорожные условия.
Это позволит поддерживать интерес игроков и расширять возможности для экспериментов с управлением и стратегиями гонок. Подводя итог, разработка функциональной модели движения автомобиля, пусть и упрощённой, представляет собой сложную инженерную задачу, которая требует тщательной балансировки физических параметров, знакового интерфейса для отладки, а также творческого подхода, чтобы придать игре оптимальное ощущение драйва и контроля. Методика, используемая в AV-Racer, может служить отличным примером для независимых разработчиков и энтузиастов, стремящихся создать качественные гоночные игры с минимальными затратами на сложные расчёты физики.
