Stosowanie praw fizyki pomaga realistycznie i wiarygodnie modelować w grach, symulacjach i animacjach niemal wszystko, co wokół podskakuje, lata, toczy się, ześlizguje; ogólnie mówiąc, nie pozostaje w spoczynku. "Fizyka dla programistów gier" ma być punktem startowym dla osób zainteresowanych zapewnieniem tworzonym grom realistycznego działania opartego na stosowaniu zasad fizyki.
Część pierwsza to przegląd podstawowych koncepcji mechaniki łącznie z pewnymi aspektami i problemami dynamiki ciał sztywnych, w tym kinematyki, sił i kinetyki. W części drugiej te koncepcje zostaną zastosowane do wybranych zagadnień świata rzeczywistego, np. lotu pocisków i samolotów oraz ruchu łodzi i samochodów. Część trzecia wprowadza symulacje w czasie rzeczywistym i pokazuje ich zastosowanie w grach komputerowych. Oto kilka elementów gier w których realizm znacznie wzrasta po zastosowaniu prawa fizyki:
- trajektorie rakiet i pocisków, włączając w to efekt zużywania paliwa,
- zderzenia obiektów, na przykład kul bilardowych,
- stabilność samochodów na ostrych zakrętach podczas wyścigów,
- dynamika łodzi i innych pojazdów pływających,
- tor lotu piłki baseballowej po uderzeniu kijem,
- charakterystyki lotu samolotów,
- tor lotu karty do gry wrzucanej do kapelusza.
"Fizyka dla programistów gier" nie jest przeznaczona dla ekspertów w dziedzinie fizyki, jednakże autor założył podstawową znajomość tej dziedziny na poziomie szkoły średniej. Potrzebna będzie także znajomość trygonometrii, rachunku wektorowego i macierzowego (informacje na ten temat zostały zawarte w dodatkach na końcu książki). Lektura książki wymaga także podstawowej znajomości klasycznego rachunku różniczkowego i całkowego.
Spis treści
Wstęp (7)
Rozdział 1. Koncepcje podstawowe (15)
- Prawa ruchu Newtona (15)
- Jednostki i miary (16)
- Układ współrzędnych (18)
- Wektory (19)
- Masa, środek masy i moment bezwładności (20)
- Drugie prawo ruchu Newtona (30)
- Tensor momentu bezwładności (34)
Rozdział 2. Kinematyka (41)
- Wstęp (41)
- Prędkość i przyspieszenie (42)
- Przyspieszenie stałe (44)
- Przyspieszenie zmienne (46)
- Kinematyka punktu materialnego w przestrzeni dwuwymiarowej (48)
- Kinematyka punktu materialnego w przestrzeni trójwymiarowej (50)
- Eksplozja punktu materialnego (59)
- Kinematyka ciała sztywnego (65)
- Lokalny układ współrzędnych (66)
- Prędkość kątowa i przyspieszenie kątowe (66)
Rozdział 3. Siła (73)
- Wstęp (73)
- Pola sił (74)
- Tarcie (75)
- Opór cieczy lepkiej (77)
- Uwaga o ciśnieniu (78)
- Wypór hydrostatyczny (79)
- Sprężyny i tłumienie drgań (81)
- Siła i moment siły (82)
Rozdział 4. Kinetyka (87)
- Kinetyka punktu materialnego w dwóch wymiarach (88)
- Kinetyka punktu materialnego w trzech wymiarach (93)
- Kinetyka ciała sztywnego (100)
Rozdział 5. Zderzenia (105)
- Zależność pędu i popędu (impulsu) (106)
- Zderzenie (107)
- Popęd (impuls) liniowy i kątowy (114)
- Tarcie (117)
Rozdział 6. Pociski (121)
- Proste trajektorie (122)
- Opór środowiska (126)
- Efekt Magnusa (134)
- Zmienna masa (139)
Rozdział 7. Samolot (141)
- Geometria (142)
- Siła nośna i siła oporu (145)
- Inne siły (149)
- Sterowanie (150)
- Modelowanie (152)
Rozdział 8. Statki (167)
- Pływalność (168)
- Objętość (170)
- Opór (180)
- Masa wirtualna (183)
Rozdział 9. Poduszkowiec (185)
- Zasada działania (185)
- Opór (187)
Rozdział 10. Samochody (191)
- Opór (191)
- Moc (192)
- Droga hamowania (193)
- Przechylenie drogi (194)
Rozdział 11. Symulacje w czasie rzeczywistym (197)
- Całkowanie równań ruchu (198)
- Metoda Eulera (200)
- Inne metody (205)
Rozdział 12. Dwuwymiarowy symulator ciała sztywnego (211)
- Model (212)
- Całkowanie (219)
- Sterowanie lotem (222)
- Rendering (226)
Rozdział 13. Implementacja odpowiedzi zderzenia (233)
- Odpowiedź zderzenia liniowego (234)
- Efekty związane z ruchem obrotowym (239)
Rozdział 14. Obrót ciała sztywnego (251)
- Macierze obrotu (252)
- Kwaterniony (255)
Rozdział 15. Trójwymiarowy symulator ciała sztywnego (259)
- Model (260)
- Całkowanie (264)
- Sterowanie lotem (267)
- Rendering (271)
Rozdział 16. Wiele ciał w przestrzeni trójwymiarowej (279)
- Model (280)
- Całkowanie (294)
- Odpowiedź zderzenia (295)
- Tuning (299)
Rozdział 17. Układ wielu punktów materialnych (301)
- Model (302)
- Całkowanie równań ruchu (311)
- Odpowiedź zderzenia (312)
- Tuning (313)
Dodatek A Rachunek wektorowy (315)
- Klasa Vector (315)
- Funkcje i operatory wektorowe (321)
Dodatek B Rachunek macierzowy (325)
- Klasa Matrix3x3 (325)
- Funkcje i operatory macierzowe (330)
Dodatek C. Rachunek kwaternionowy (335)
- Klasa Quaternion (335)
- Funkcje i operatory kwaternionowe (338)
Bibliografia (347)
Skorowidz (353)