2018 年のベスト: ビデオゲームの見た目は向上し続けていますが、物理学の進歩がそれほど見られないのはなぜですか?

今年は VG247 にとって大変な年でした。そのため、これを記念して、2018 年に出版されたお気に入りの作品の一部を再公開します。意見記事、特集、インタビューなど、私たちが書いたり読んだりして楽しんできたもので、いくつかの点が紹介されていると思われます。私たちの最高の作品。楽しむ！

ビデオゲームの見た目はどんどん良くなっているのに、物理学の進歩がそれほど見られないのはなぜでしょうか?は、2018 年 7 月 2 日に初めて公開されました。

遊んだことがあるならマックス・ペイン2、あなたはおそらく最初の殺害を覚えているでしょう。男がドアを通って突進し、あなたはスローモーションで彼に鉛を充填する前にスワンダイブし、物理的にシミュレートされた弾丸があらゆるショットに反応する体にドスンと音を立てます。

悪党は後ろに飛んで棚にぶつかり、内容物と一緒に棚を倒し、中身が四方八方にこぼれます。ゲームをロードしてもう一度やると、同様の体験が得られますが、まったく同じになることはありません。缶詰ではないので同じではありません。物理シミュレーションです。

ゲーム開発には、資金を全額前払いするという暗黙のルールがあります。最初の数時間で最も印象的な技術の進歩をプレイヤーに見せます。それは、大多数のプレイヤーがゲームを最後まで終わらせないからです。 Max Payne 2 では、これが Remedy が行っていたことです。スタジオは新しい物理技術を披露し、これが普通のシューティングゲームではないことをプレイヤーに教えていました。

でレッド・デッド・リデンプション, Rockstar は、Armadillo の周りを歩き回らせることで同じことを達成します。電車を降りて街へ歩き出す。風に砂埃が舞い、回転草が転がり、人々が歩き回り、酔っ払いが酒場からよろめき出てくる。しかし、酔っ払いは、あらかじめ決められたルートを単に歩くのではなく、自分にコード化された行動、つまりバーから出てこの一般的な方向に歩くこと、そして「あなたは酔っている」というルールによって動かされます。運が良ければ、酒場の近くの縁石につまずいてしまうかもしれない。もしそうなら、それはゲームの物理モデル (ランダムな要素) がその動作と相互作用していることになります。

これらは両方とも素晴らしいゲームであり、その物理モデルが大きな役割を果たしています。「GTA 4」であなたが盗んだばかりの車のトランクをNPCが初めて掴んだときのことを覚えていますか?こうした台本なしの瞬間は、高価なカットシーンよりもはるかに記憶に残ります。もちろん、常に次のような事態につながる可能性があります。これは面白いことでもありますが、イライラすることもあります。

物理学を披露することから始まるもう 1 つの素晴らしいゲームは、ハーフライフ 2。 City-17 で電車を降り、コンバインの兵士のためにゴミを拾い、公園でブランコをいじっている間もなく、時間はかかりません。その小さな遊び場は、意図の表明です。ストーリー上の理由からそこにあるのではなく、文字通りの遊び場であり、それをいじることが奨励されています。

2018 年になりましたが、文字通りであれ比喩であれ、プレイグラウンドが静的な小道具であるビデオゲームがまだリリースされています。ハンドリングモデルが劣る専用のドライビングゲームがまだ存在します。GTA5、車が実際の物理的なオブジェクトのように感じるオープンワールドゲーム。銃撃を行うための反応背景小道具が新鮮な弾痕デカールだけであるシューティングゲームがまだあります。

ビデオゲームの製作には莫大な費用がかかりますが、すべての資金と進歩は、表面レベルで見栄えをよくするために費やされているようです。何故ですか？私は、Havok の元ワールドワイドサポート責任者で、現在は Oculus のエンジニアリングディレクターである Ross O'Dwyer に何か答えがあるかどうか尋ねました。

「衝突検出の最適化と制約ソルバーの安定化は、今日のゲーム開発が直面する最適化/数学的問題の中で最も困難な 2 つです」と O'Dwyer 氏は言います。

独自のカスタムソリューションを構築する開発者もいますが、スタジオが使用できるサードパーティの物理エンジンには主に 2 つのオプションがあります。 1 つは Nvidia の PhysX です。 PhysX は無料ですが、業界リーダーである Havok ほど堅牢なソリューションではありません。 Havok の問題は、そのライセンスに数十万の費用がかかることです。

「物理学を不快にさせる言い訳はほとんどありません」とオドワイヤー氏は説明します。「それは通常、過失や教育の欠如、あるいは場合によっては予算の制約により標準以下の物理ソリューションを選択する必要がある場合です。」

これをもう少し説明するために、企業の足を引っ張り、開発コストを押し上げているものは何なのか、詳しく見てみましょう。物理はキャラクター、乗り物、オブジェクトごとに異なるため、セクションに分けて説明します。

キャラクターコントローラー

開発者は、コントロールが奪われることでプレイヤーがイライラすることを望まないため、ゲーム内でキャラクターコントローラーが環境とどのように対話するかが簡素化されることがよくあります。 GTA 5 をプレイしたことがあるなら、キャラクターコントローラーが環境と対話しているため、壁にぶつかって山に落ちる前に壁に飛び込むことができます。これらのインタラクションは、たとえ実装されたとしても、開発者の優先順位リストでは低いことがよくあります。

「キャラクターコントローラーを環境とブレンドし、キャラクターコントローラーモデルをサポートするためにレベルコリジョンジオメトリを設計する必要があるかもしれないことを理解することは、多くのスタジオが夜遅くまで無視していることです」と O'Dwyer 氏は言います。「そうすると、たとえば、二階で跳ねる傾向があるためにすべてのジオメトリを変更するコストが高すぎるか、追加のジオメトリを使用するメモリコストを支払う余裕がないため、キャラクターの動きがおかしなことになります。」

プリセットされたアニメーションを自然にブレンドすることも簡単ではなく、アニメーターと緊密に協力してそれに取り組む専任の開発者が必要です。さらに、これはコストを上昇させますが、少なくともゲームを作成しているスタジオの目には、ほとんどのプレイヤーは気付かないことです。

ラグドール

ゲームにおいて、敵が下の地面に転がり落ち、途中で触れたすべてのオブジェクトに当たるのを見る前に、有利な地点で敵を撃つことほど満足のいくものはありません。もちろん、ゲームにランダムな要素を追加すると、ゲームが何らかの奇妙な動作をする可能性があります。

ゲーム内のキャラクターに息を吹きかけたために成層圏に飛んでいくのを見たことがあれば (次のように)ゴーストリコンワイルドランズで見た奇妙なバグ)、おそらく、物理コーダーとアニメーターが十分に連携していないことが原因と考えられます。

「多くの場合、アニメーションキャラクターの適切なラグドール表現を設定する方法を教えるには、優れた授業が必要になるだけです」とオドワイヤー氏は説明します。「これは経験が必要な仕事ですが、経験のないアニメーターに任されることもよくあります。アニメーターが物理コーダーと良好な関係を構築していない場合、アニメーション化されたポーズから物理的に拘束されたモデルへの移行がスムーズに処理されず、爆発的なラグドールが増えてしまいます。」

Unity および Unreal エンジンは PhysX 上に構築されているため、この問題に対するソリューションが組み込まれていますが、多くのトリプル A ゲームはこれらのエンジンを使用せず、代わりに独自のソリューションを選択しています。これはすでに解決された問題ですが、トリプル A スタジオは再びこの問題を解決することを強いられ続けています。

「グラフィックスは大学で教えられますが、完璧なラグドールの芸術は教えられません。悲しいことだ」とオドワイヤーは言う。「その後、物理学とアニメーションのブレンドを開始したい場合は、キャラクター表現の古くからの制御が可能になります。ラグドールをアニメーションとブレンドするだけでは、アニメーション部門は芸術的意図を殺していると言うでしょうし、ラグドールを常に実行すると、コストがかかるので開発者は手を引く。それは残念だ。

「より優れたモデルでは、バックグラウンドで物理を実行し続け、反応用の大規模なアニメーション検索ツリーを構築し（それによって芸術的意図が維持されます）、物理キャラクターの偏向を使用してアニメーションツリーを最上部に駆動しますが、コストがかかります。ゲーム内のあらゆるキャラクターに再利用できる超安価なモーションキャプチャと大規模なアニメーションツリーが実現するまで、そのコストはスタジオにとって耐えられないほど高額です。」

ラグドールについてさらに詳しく知りたい場合は、私がかつて書いた記事を参照してください。Eurogamer での GTA 4 のユーフォリア物理学の開発。

乗り物

遊ぶ乗組員2 がこの機能のきっかけでした。これはロサンゼルスからニューヨークまで自由に運転できるレーサーですが、ゲームの骨子である実際の運転は違和感を感じます。それは物理学です。常にスピードを上げてジャンプを乗り越え、ピンボールのように空中にぶつかっているように感じます。ダートバイクに乗ると、さらに不自然に感じます。 The Crew 2 はアーケードレーサーであることになっているため、Codemasters の Dirt シリーズほど現実的なものを提供することは期待できませんが、少なくともイリュージョンを作り出す試みはあるはずです。

「多くの場合、これはプレイアビリティとプレイヤーに求める難易度曲線に帰着します」とオドワイヤー氏は説明します。「時速100万マイルで運転し、わずか10円でコーナーを曲がり、楽しいと感じたいと思うでしょう。それは物理的に現実的ではないため、ほとんどの車両モデルはフィクションになります。ホイールは地面に触れず、ホイールがどこにあるべきかを理解するために光線を投げ、プレイアビリティを微調整して車両ごとに異なる感触を可能にする厳密な制御システムを通じてすべてをモデル化します。時速 110 マイルで縁石に衝突しても、実際のサスペンションシステムで起こり得る宇宙空間への打ち上げではなく、車が衝突します。」

物理的にシミュレートされた車両に対するもう 1 つの潜在的な障壁は、より多くの車両が導入されるとコストが上昇するという事実です。交通システムがあり、それを物理的にシミュレートすると、メモリがいっぱいになってしまいます。

「つまり、ほとんどの車は偽造しますが、プレイヤーの車は良いものにし、純粋にドライビングゲームである場合はより重視することになります」とオドワイヤー氏は説明します。「結局のところ、市場が何を要求しているかによって決まると思います。彼らが持っている車両モデルが「十分に優れている」場合、その車両モデルのおかげでゲームはよりよく売れるでしょうか?ゴッドファーザーカーエンジン (2004 年以降) は、シミュレーションニーズをサポートするためにシステムに追加されたより高度なモデルを利用しない限り、Havok 上に構築されたほとんどのゲームで使用されているのと同じエンジンに非常に近いです。しかし、そうなると、学習曲線は本物の車を運転するようなものになり、楽しくなくなります。

「ある時点で、私は飛び乗って乗れるショッピングカートの物理的に正確なモデルを構築するチームと協力しました。それは想像できる限り最も正確な方法で動作しましたが、学習曲線は驚異的でした。テスターはゲームで素晴らしく、想像もつかないようなことができるようになり、まるで本物のように感じられ、まるで使命を帯びたスケートボーダーのようでした。しかし、それを新しいプレイヤーに渡すと、彼らは絶えず死んであきらめました。ゲームは決して出荷されませんでした。」

一般的な破壊

2001 年、Red Faction では、プレイヤーが爆発を使ってレベルを変更したり、間に合わせのトンネルを作成したり、ツールを使用してジオメトリを変更したりできるようになりました。もちろん、これは物理シミュレーションではありませんでした。ゲームはレベルの一部を空きスペースに置き換えただけです。しかし、ゲームの世界が適切なシミュレートされた方法で銃撃に反応する未来を示唆していました。レインボーシックスシージの壁を引き裂く破壊システムなど、いくつかの進歩が見られましたが、なぜこれがもっと一般的ではないのでしょうか?

「ここにはいくつかの問題があります」とオドワイヤー氏は言う。「1 つは、ゲーム内のすべてのオブジェクトの破壊可能な表現を作成する必要がある場合、コンテンツ予算が大幅に増加することです。コンテンツ予算に対するコーディングの比率は過去 15 年間で変化し、コンテンツはどのような制作においても莫大な費用がかかります。すべてを破壊可能にするには、必要なアセットの数を 3 倍にするのではなく、これらのバージョンの作成コストを削減するパイプラインが必要になります。それから、破壊可能なものがあります。何かを壊すときのドローコールの数は 3 ～ 5 倍になります。これを回避する方法はあり、DX12 と Vulkan はこれを大幅に解決しますが、ほとんどのレンダーパイプラインではオブジェクト数の増加は法外でした。」

その問題を解決できたとしても、AIに関する別の問題を解決しなければなりません。たとえば、AI の進路がブロックされたらどうなるでしょうか? AI が壊れた地形の上を移動できるように、突然、手続き型アニメーションが必要になり、レベルの処理時間が長くなり、アニメーションデータベースがいっぱいになります。また、プレイヤーが物理的なオブジェクトをいじって、友好的な NPC にレンガを発射し続けることでゲームの流れを壊すという追加要素もあります。開発者はこれを「」と呼んでいます嫌な奴の物理学'。

「これらは難しい問題であり、チームはトレーニングを受ける必要があります。そうすればチームは後退し、試合は進みません」とオドワイヤーは説明する。「とはいえ、物理学を大幅に推し進めるゲームもあります。 DICE のバトルフィールドゲームは、Havok テクノロジーに基づいて構築されており、パイプラインを解決し、これで実際に実用化されました。 Destiny 1 と 2 や、すべてのキャラクター間で共有され、インテリジェントな物理エンジンによって駆動される豊富なアニメーションツリーに投資されるスポーツゲームでは、二次物理がはるかに多く活用されていることがわかります。

「それは主に、パイプラインへの投資と、業界が無料の PhysX を中心としていたのに対し、Havok を取り上げてその統合の水準を高めることに取り組んでいたという事実に帰着します。もしそれが起こったら、ハードルは上がり、評論家や消費者は二番目に良いものを受け入れなくなるでしょう。」