Сила (по Ньюьону и без)

Здравствуйте

Есть 3D объекты имеющие массу. Есть движок физики, которому я могу сообщать "силы" (вектора) в результате которых объекты могут двигаться. Пример: юзер включил силу: направление по оси X и величина напр 10. В рез-те объекты движутся с ускорением 10. Сила действует по Ньютону (F = m * a). Чтобы масса не путалась под ногами положим ее = 1 (это домножение на константу). Все хорошо.

Предположим так сила прилагается в течение 2 секунд, в рез-те объект приобрел скорость v = (20, 0, 0). Теперь юзер меняет направление силы - она уже действует по Y. Еще через 2 сек v = (20, 20, 0). Это абсолютно корректный рез-т по первому закону Ньютона. НО... он не устраивает юзера. "Чего это объект летит по диагонали? Я силу направил вверх, мне НАДО чтобы он вверх и полетел". Др словами надо гасить инерцию, полностью или частично. Это соответствует тому что объект как бы "активен", типа самолетик умеющий тормозить и.т..п.

В приведенном примере гашение выглядит очень просто - да приложим доп силу против текущего вектора скорости (ну точнее против его компоненты не совпадающей с текущим направлением силы). Увы, так нельзя по 2 причинам:

1) Сил может быть сколько угодно, поэтому одна не должна давить все

2) Текущий вектор скорости конечно всегда известен, но он может не иметь ничего общего с приложенными ранее силами. Если напр объект уперся в препятствие то его скорость ноль, а если отскочил - скорость вообще направлена в др сторону. Этим занимается движок, менять скорость напрямую хотя и можно, но ничего хорошего не дает, грамотно прилагать силы. Прошу поделиться соображениями (хотя бы и сырыми).

С уважением
Игорь

0

Давайте Вы напишите несколько примеров того, как система должна себя вести.
Я начну:
1. Прикладывается одна сила 1Н по X в течении 1с, далее 1Н по Y в течении 1с, других сил нет, столкновений нет. Какая скорость в моменты t=1,2,5с?
2. Прикладывается одна сила 1Н по X в течении 1с, далее 1Н по Y в течении 1с, и другая постоянная сила в 10Н по Y, столкновений нет. Какая скорость в моменты t=1,2,5с?
3. Летит тело со скоростью 10м/с в момент t=0, столкновений за 2с нет. Какая скорость в момент t=1,2с?

Я, например, хотел бы увидеть именно на примерах, почему обычное трение здесь не подходит.

0

Сообщение от Mysterious Light 1. Прикладывается одна сила 1Н по X в течении 1с, далее 1Н по Y в течении 1с, других сил нет, столкновений нет. Какая скорость в моменты t=1,2,5с?

Нужно иметь возможность как "физических", так и "синтетических" сил. Я планирую параметр "Инерция" для каждой силы индивидуально.

1) Инерция = 1 (макс) все происходит строго по Ньютону
v(0) = (0, 0, 0)
v(1) = (10, 0, 0)
v(2) = (10, 10, 0)
v(5) = (10, 10, 0)

2) Инерция = 0 (мин) все происходит по "хотелке" юзера, с только одной силой вектор скорости меняется мгновенно
v(0) = (0, 0, 0)
v(1) = (10, 0, 0)
v(2) = (0, 10, 0)
v(5) = (0, 10, 0)

Промежуточные значения параметра - микс между этими 2 крайними случаями

Сообщение от Mysterious Light 2. Прикладывается одна сила 1Н по X в течении 1с, далее 1Н по Y в течении 1с, и другая постоянная сила в 10Н по Y, столкновений нет. Какая скорость в моменты t=1,2,5с?

Предыдущий вариант(ы), плюс нарастающий вектор второй силы. Т.е. если направление силы не меняется - все просто по Ньютону

Сообщение от Mysterious Light 3. Летит тело со скоростью 10м/с в момент t=0, столкновений за 2с нет. Какая скорость в момент t=1,2с?

Так и будет 10м/с пока не вмешаются др факторы

Сообщение от Mysterious Light Я, например, хотел бы увидеть именно на примерах, почему обычное трение здесь не подходит.

Потому что трение гасит ВСЕ силы противоположные вектору скорости. В примере 2 оно в первую очередь погасит вторую силу (часто гравитацию), а это в наши планы не входит

0

Сообщение от Igor3D 1) Инерция = 1 (макс) все происходит строго по Ньютону

Тут всё понятно

Сообщение от Igor3D 2) Инерция = 0 (мин) все происходит по "хотелке" юзера, с только одной силой вектор скорости меняется мгновенно

Сообщение от Igor3D Так и будет 10м/с пока не вмешаются др факторы

Вообще не понятно. Почему-то x-я компонента скорости при переключении силы вдоль y должна занулиться, а y-я компонента скорости при выключении силы не должна исчезнуть. То же и в следующем примере.

Хорошо, тогда такой вопрос:
Летит тело со скоростью (1,0) в поле тяготения по горизонтали, за время 1 ускоряется до (1,1), далее прикладывается дополнительная сила (1,-2) и ускоряет за время 1 совместно с гравитацией до (2,0). Далее (в следующий момент времени) происходит отскок от стенки (-2,0). Далее тело свободно летит 1с, набирает скорость (-2,1), после чего включаем на 1с силу (1,-2).
Какая скорость будет через 1с?

Если инерция=1, то будет (-1,0).
Если инерция=0, то, как я понял, все написанные скорости будут именно такими, но какая компонента скорости должна в конце занулиться?

Добавлено через 1 минуту
Сейчас я задаю наводящие вопросы, чтобы понять, что хочется получить на выходе.
Эдакий реверс инжениринг задачи.

0

Ничего "причудливого" в запросе юзеров нет. Реальная цель - сделать простейшую вещь (см аттач), так чтобы радиус разворота удобно регулировался. При инерции = 0 этот радиус тоже 0, такое движение может оказаться совершенно неестественным - ну то дело юзера, подберет значение.

Как уже говорилось, сделать это просто трением не выходит. Допустим на аттаче нарисован путь "самолетика" который умеет как-то "рулить", тормозить и.т.п. Ну так на него спокойно может действовать др сила, напр ветер или гравитация. Поэтому тормозить все силы трением - не выход.

Что делает пилот для такого разворота? Он вывернет руль не на 90 градусов, а с каким-то запасом до тех пор пока вектор скорости не примет нужное направление. Вот юзер и хочет чтобы это делалось автоматом - резонно, руками это непросто.

Сообщение от Mysterious Light Хорошо, тогда такой вопрос: Летит тело со скоростью (1,0) в поле тяготения по горизонтали, за время 1 ускоряется до (1,1), далее прикладывается дополнительная сила (1,-2) и ускоряет за время 1 совместно с гравитацией до (2,0). Далее (в следующий момент времени) происходит отскок от стенки (-2,0). Далее тело свободно летит 1с, набирает скорость (-2,1), после чего включаем на 1с силу (1,-2). Какая скорость будет через 1с?

Не знаю Вообще как отрабатывать отскок - соображений пока нет

Изображения

 

0

Такое ощущение, что решение подобной проблемы я уже видел.

А максимальная скорость движения ограничена?

В общем случае могу предложить производить поворот вектора скорости на величину зависящую от инерции и величины вектора силы, которая толкает предмет в новом направлении.
Т.е., сначала поворачиваем вектор скорости в ту сторону, куда толкают, а при полном повороте уже разрешить увеличивать скорость.
Конечно, тут нужно подумать как пользователь захочет чтобы предмет двигался, если угол между вектором скорости и вектором ускорения - тупой. Наверное, чтобы это учитывать, можно попробовать изменять скорость согласно синусу угла между вектором скорости и вектором ускорения.

Добавлено через 2 минуты
Или добавить трение.

0

Сообщение от wingblack А максимальная скорость движения ограничена?

Да, задается пользователем. Сила бездействует (ускорение ноль) если проекция скорости на направление силы превышает заданный предел.

Сообщение от wingblack Т.е., сначала поворачиваем вектор скорости в ту сторону, куда толкают, а при полном повороте уже разрешить увеличивать скорость.

Как уже говорилось, нельзя (неграмотно) хватать вектор скорости грязными руками. Может быть сколько угодно др факторов и какая будет финальная скорость - решает движок.

Пример: едет машинка и поворачивает (аттач выше). Но при этом она находится на планете Земля которая летит с немалой скоростью в космосе. Очевидно, действия водилы Землю-то не тормозят

0

Igor3D, трение останавливает все силы, но пока пользователь жмет в кнопку ускорение действует каждый кадр, в итоге та скорость которая была от прошлого нажатия каждый кадр все уменьшается, а скорость от текущего нажатия увеличивается.

Сообщение от Igor3D 1) Сил может быть сколько угодно, поэтому одна не должна давить все

Должна, если мячик толкнуть он рано или поздно остановится, но если его сбросить гравитация будет подталкивать его сильнее чем трение останавливать (до определенного момента когда скорость станет max).

0

Сообщение от AncientPenguin .. в итоге та скорость которая была от прошлого нажатия каждый кадр все уменьшается...

Само по себе нет, такое уменьшение будет если мы зададим еще силу трения.

Ладно, может потом мысли будут, пока помесим трение. См тот же незатейливый скриншот (скругленный уголок). Пусть начальная скорость была напр (100, 0, 0), а конечная (0, 100, 0). Какой должна быть сила (или коэффициент?) трения чтобы требуемый разворот состоялся:

- за 1 сек
- за 0.5 сек
- за 0.2 сек
?

0

Сообщение от Igor3D Само по себе нет, такое уменьшение будет если мы зададим еще силу трения.

Если не зададим, то толку от такой физики? Вы понимаете что у вас гусиное перо сброшенное в атмосфере упадет с такой скоростью что останется кратер.

Сообщение от Igor3D Какой должна быть сила

Трение о поверхность
F_fr = K_{поверхности} * |V|

Трение о воздух (жидкость)
F_fr = K_{атмосферы} * |V| * |V|

Сообщение от Igor3D (или коэффициент?) трения чтобы требуемый разворот состоялся:

В зависимости от коэффициента трения и прикладываемого (нажатием) ускорения.

1

Сообщение от AncientPenguin В зависимости от коэффициента трения и прикладываемого (нажатием) ускорения.

Так вопрос и был какой должен быть коэффициента трения. Ну ладно, не суть, считать Вы не стали - и правильно сделали, там выходит что для разворота даже за 1 сек нужно колоссальное трение, не говоря уже о более резких. И чтобы его преодолевать нужно задрать ускорение (возможно в неск раз). Управлять этим нереально. Да и вообще, трение - свойство объекта и/или окружения, а не силы. Стало быть я не могу иметь 2 силы с разными временами разворотов?

Это стандартная ситуация: найдена аналогия с реальностью которая четко, стопудово существует (в данном случае трение). Срабатывает рефлекс типа "все, это (и только это) правильно, остальное неверно". Хотя вверху я не раз намекал: "самолетик", "машинка", т.е. это управляемое движение, стихийные силы (ветер, гравитация) таких разворотов и не должны давать. Может быть правильный термин здесь "торможение", от него уже плясать.

0

Сообщение от Igor3D Это стандартная ситуация: найдена аналогия с реальностью которая четко, стопудово существует (в данном случае трение). Срабатывает рефлекс типа

Срабатывает рефлекс типа "уже один раз сделал физику".

Сообщение от Igor3D Так вопрос и был какой должен быть коэффициента трения. Ну ладно, не суть, считать Вы не стали - и правильно сделали, там выходит что для разворота даже за 1 сек нужно колоссальное трение, не говоря уже о более резких.

Для разворота самолета со скоростью 100 м/с какое нужно трение? Он что резко развернется и полетит вбок по хотелке "юзера"?

Сообщение от Igor3D т.е. это управляемое движение, стихийные силы (ветер, гравитация) таких разворотов и не должны давать.

И чем управляемое тело отличается от не управляемого с точки зрения физики?

Сообщение от Igor3D Что делает пилот для такого разворота? Он вывернет руль не на 90 градусов, а с каким-то запасом до тех пор пока вектор скорости не примет нужное направление. Вот юзер и хочет чтобы это делалось автоматом - резонно, руками это непросто.

Вы ведь понимаете что ровно самолетик не физика разворачивает? Как вариант фейка, после просчета трения разворачивать вектор скорости в направлении вектора "куда ткнул юзер" с некоторым шагом. Ну или ИИ-пилот.

0

Сообщение от Igor3D Он вывернет руль не на 90 градусов

Для этого нужен руль, а у Вас, как я понял из условия, только педаль газа.

Добавлено через 1 минуту

Сообщение от AncientPenguin И чем управляемое тело отличается от не управляемого с точки зрения физики?

У управляемого тела сила трения различна в разных направлениях (зависит от положения руля).

0

Сообщение от Shamil1 У управляемого тела сила трения различна в разных направлениях (зависит от положения руля).

Если я на ходу руль оторву трение станет одинаковым? Положение руля явно изменится если его оторвать. А если я машину с горки скачу там не важно будет в какую сторону колеса повернуты? Ну ей же никто не управляет.

0

Сообщение от AncientPenguin Если я на ходу руль оторву трение станет одинаковым? Положение руля явно изменится если его оторвать.

Понятно, что имеется в ввиду вся рулевая система, а не сам руль.

Сообщение от AncientPenguin А если я машину с горки скачу там не важно будет в какую сторону колеса повернуты? Ну ей же никто не управляет.

Как это не управляет? Рулевая система никуда не делась.

0

Shamil1, ладно намекну по другому, у птицы разное трение под и над крыльями, кто то ей управляет? Дело не в том что есть пилот или руль, а в самой разнице сил трения, куда меньше сопротивления туда и движение, а руль просто меняет трение.

0

AncientPenguin,
Я так и не понял, на что Вы намекаете. Ещё раз повторю свою мысль: "у управляемого тела сила трения различна в разных направлениях (зависит от положения руля)." С чем Вы несогласны? С терминологией?

0

Сообщение от Shamil1 Я так и не понял, на что Вы намекаете.

Да все на то же:

Сообщение от AncientPenguin чем управляемое тело отличается от не управляемого с точки зрения физики?

Физическому движку без разницы управляется тело или нет.

0

Сообщение от AncientPenguin Физическому движку без разницы управляется тело или нет.

Разница в том, что управляемое тело, меняет собственное сопротивление.

Добавлено через 1 минуту
p.s. Меняет: было минимальное сопротивление в одном направлении, теперь минимальное сопротивление в другом направлении.

0

Сообщение от Shamil1 Для этого нужен руль, а у Вас, как я понял из условия, только педаль газа.

А как Вы так поняли? Там напр написано

Сообщение от Igor3D Теперь юзер меняет направление силы - она уже действует по Y

Т.е. никто и не думал скрывать факт "руления".

Рискну еще раз (робко) предложить понятие/сущность "торможение" или может просто "тормоз". Имею ввиду что подавляется не просто "часть текущего вектора скорости" (как с трением), а лишь его часть не совпадающая с текущим ускорением. Напр для исходного примера должен гаситься вектор X

Добавлено через 5 минут

Сообщение от AncientPenguin Для разворота самолета со скоростью 100 м/с какое нужно трение? Он что резко развернется и полетит вбок по хотелке "юзера"?

Да, если юзер обеспечил такие параметры силы. Очевидно что трение здесь не к месту

0