文章探讨了在游戏中实现功能性车辆的基本原理，包括车辆模拟的概念模型、引擎和变速箱的设计与实现，以及如何通过迭代开发来优化车辆驾驶体验。

游戏中的车辆编程：从体验到物理模拟

在游戏中，车辆是一个常见的元素，无论是赛车游戏还是其他类型的游戏，车辆都扮演着重要的角色。然而，游戏中的车辆模拟并不仅仅是物理引擎的简单应用，而是通过精心设计的体验来传达驾驶的感觉。本文探讨了如何在游戏中实现功能性的车辆模拟，并分享了一些关键的设计原则和实现方法。

车辆模拟的核心概念

游戏中的车辆模拟可以分解为三个主要部分：发动机、轮胎和底盘。

1. 发动机与变速箱
   发动机是车辆的动力来源，它根据玩家的油门输入产生转速和扭矩。变速箱则通过齿轮比调整发动机的输出，将扭矩传递到驱动轮。发动机和车轮之间存在双向同步，发动机的转速受到车轮速度的影响。

2. 轮胎与车轮
   轮胎是车辆与地面接触的唯一部分，负责产生纵向（加速/制动）和横向（转向）的力。轮胎模型是车辆模拟中最复杂的部分之一，因为它涉及到轮胎与地面的摩擦力、滑移率（slip ratio）和滑移角（slip angle）等概念。轮胎的弹性变形和摩擦力的动态变化是模拟的关键。

3. 底盘
   底盘是车辆的刚性主体，它响应来自轮胎的力，并将这些力传递到整个车辆。底盘的运动和旋转会影响轮胎的负载分布，从而改变每个轮胎的抓地力。

从体验到物理模拟

在游戏设计中，车辆模拟的目标并不是完全复制现实物理，而是通过合理的简化来传达驾驶的体验。例如，马里奥赛车通过夸张的漂移和卡通化的物理效果，成功传达了驾驶的乐趣，而iRacing和Assetto Corsa则通过高度拟真的物理模型，还原了真实赛车的挑战性。

作者在开发AV Racer时，最初使用了一个简单的牛顿力学模型，但发现车辆的表现更像是一个滑动的机器人。通过不断迭代，作者加入了一些非线性曲线和滑移模拟，最终实现了一个虽然不完全真实，但能传达驾驶感觉的车辆模型。然而，这种简化模型在极端情况下会失效，因此作者决定深入研究真实的车辆动力学，以更好地理解如何模拟车辆的行为。

轮胎模型的重要性

轮胎是车辆模拟中最关键的部分，因为所有的力（加速、制动、转向）都通过轮胎与地面的接触点传递。轮胎的弹性变形和摩擦力的动态变化是模拟的核心。轮胎的滑移率和滑移角是决定轮胎力的关键参数：

• 滑移率：表示车轮旋转速度与车辆实际速度之间的差异，影响纵向力（加速/制动）。
• 滑移角：表示车轮指向方向与车辆实际运动方向之间的差异，影响横向力（转向）。

通过结合滑移率和滑移角，可以模拟轮胎在不同情况下的抓地力变化。例如，在加速时，轮胎的滑移率增加，纵向力逐渐达到峰值，随后开始下降；在转向时，轮胎的滑移角增加，横向力逐渐达到峰值，随后开始下降。

摩擦圆与力的结合

轮胎的纵向力和横向力并不是独立的，它们共同作用在一个有限的“摩擦圆”内。这意味着，当轮胎在某个方向上产生力时，另一个方向上的可用力会减少。例如，在急刹车时，轮胎的纵向力达到峰值，但横向力会显著下降，导致车辆在转弯时失去控制。

通过将纵向力和横向力归一化到摩擦圆内，可以模拟轮胎在不同情况下的抓地力变化。这种结合是车辆模拟中最复杂的部分之一，但也是实现真实驾驶体验的关键。

总结

游戏中的车辆模拟不仅仅是物理引擎的应用，而是通过合理的简化来传达驾驶的体验。通过理解发动机、轮胎和底盘的核心原理，开发者可以在游戏中实现一个功能性的车辆模型。虽然完全拟真的物理模拟并不总是必要的，但深入理解车辆动力学可以帮助开发者更好地设计出符合游戏需求的车辆行为。

本文提供了一些基本的车辆模拟原则，并鼓励开发者根据游戏的需求，选择合适的模拟方法和简化策略。无论是追求娱乐性还是拟真性，车辆模拟的核心目标始终是传达驾驶的体验。

1. 关于车辆模拟的技术标准与扩展

   • jimmySixDOF 提到glTF扩展标准家族，特别是OMIvehiclebody扩展，能够有效渲染车辆资产并协调物理效果。
     引用：
     "there is a whole family of filetype glTF extension standards for vehicles"
     "a completed asset will be rendered effectively across different game/world/ engines"

2. 游戏开发者与工程师视角的差异

   • constantcrying 认为讨论更多是从游戏开发者而非工程师的角度出发，指出BeamNG的轮胎模拟方法与传统方法不同。
     引用：
     "it was given very much from the perspective of a game developer"
     "BeamNG whose approach is very weird if you actually want to get accurate vehicle dynamics"

3. 游戏中的车辆物理与体验

   • andrewmcwatters 强调游戏中的车辆物理不一定需要真实，Halo 1中的Warthog虽然物理不真实，但体验极佳。
     引用：
     "the vehicle physics in that game seems to make almost no sense, and when vehicles go flying it's hilarious and absurd"
     "what great feeling vehicles. Nothing else like it in the industry"

4. 简单车辆模拟的实现

   • lpeancovschi 分享了自己在iOS游戏中实现车辆漂移的简单方法，通过施加力和阻尼实现。
     引用：
     "you put two wheels in front, connect them to the rectangle car shape with pin joints and then you apply force to the wheels"
     "The drifting was achieved by playing around with the wheels and body damping"

5. 转向与驾驶体验的重要性

   • matheusmoreira 提到转向感觉是影响驾驶体验的关键，Cyberpunk 2077的驾驶体验较为真实。
     引用：
     "Steering feeling off is usually the thing that makes me hate driving cars in video games"
     "Cyberpunk 2077 was the first time I felt like I was driving an actual vehicle"

6. 发动机模拟的简化与复杂性

   • mhink 指出发动机模拟在代码中相对简单，核心是扭矩计算，并推荐了AngeTheGreat的发动机模拟视频。
     引用：
     "the engine is just a torque calculator"
     "The fact that he's simulating it well enough to generate realistic sound is absolutely mind-blowing"

7. 游戏中的车辆与枪支体验的多样性

   • furyofantares 质疑车辆体验多样性的说法，认为枪支在游戏中的体验同样多样，且玩家对枪支的期望更多来自第二手经验。
     引用：
     "I've played games with homing bullets, slow projectiles, enormous projectiles"
     "It's also even more true of guns than of cars, isn't it?"

8. 轮胎与声音模拟的兴趣

   • guhcampos 对轮胎和发动机声音的模拟表示兴趣，并指出文章中的拼写错误。
     引用：
     "I've always been curious how hard it would be to simulate accurate tires"
     "s/Imperically/empirically (I guess)"

9. 赛车物理的推荐资源

   • acc_297 推荐了关于赛车物理的YouTube讲座，认为与文章内容相关。
     引用：
     "this good lecture on the physics of racing which was posted to youtube"

10. 车辆模拟中的关键数学公式

    • visualphoenix 强调Pacejka公式、防倾杆和悬挂模拟在车辆模拟中的重要性，认为文章未充分讨论这些内容。
      引用：
      "I got the most bang for the buck with Pacejka’s formula for tire slip"
      "The differential in the article is also very important"