Физика Angry Birds
Описанные ниже размышления навеяны постом Е.Патаракина "10 игр, которые нужно проиграть", который собрал большое количество комментариев, причём не совсем однозначных. Это может говорить о том, что компьютерные игры бывают разными, поэтому и отношение к играм у нас, взрослых, неодинаковое. Далее хочу подробнее рассказать об известной многим игре со стороны, о которой обычно не задумываются те, кто играет. Злые птицы - популярная компьютерная игра, разработанная финской компанией Rovio, в которой игрок с помощью рогатки должен стрелять птицами по зелёным свиньям, расставленным на различных конструкциях. Игра является самым скачиваемым приложением для мобильных платформ. Как это работает? Вчитаемся в статью "The Physics of Angry Birds" Ретта Аллена, профессора физики университета Луизианы. Здесь автор задаётся вопросами: есть ли у птиц постоянная горизонтальная составляющая скорости? обусловлено ли их движение полем тяготения с вертикально направленным ускорением? Используя видеозапись игры и анализируя его, можно выяснить некоторые закономерности движения. Для работы с видео используется определённый анализатор треков, который может отслеживать объекты и создавать кинематические и динамические модели. Программа распространяется свободно, дистрибутив для Windows весит 25,1 Мб, для Mac - 40 Мб. В трекере имеется возможность масштабирования видео и отслеживания траектории одной точки относительно другой, то есть программа следит за взаимным расположением двух объектов на протяжении клипа. Можно провести аналогичный эксперимент с видео. После импортирования видеофрагмента в программу следует установить начало координат - например, в точке, из которой вылетает птица. Также нужно выбрать единичный отрезок - это может быть высота рогатки.
Анализатор треков по видео позволяет получить графики зависимости координат птицы от времени. Например, Ретт Аллен публикует следующий график для координаты X:
Эта линейная зависимость говорит о том, что птица двигается с постоянной скоростью относительно горизонтальной оси, таким образом, вдоль горизонтальной оси у неё нет ускорения, а следовательно, на неё не действуют горизонтально направленные силы. Таким образом, в игре не учитывается сопротивление воздуха - впрочем, в большинстве школьных задач по механике сопротивление воздуха также не учитывается. График изменения координаты Y имеет следующий вид:
Уравнение данной кривой (параболы) будет квадратным, а значит, в игре существует ускорение, направленное вниз, аналогичное земному ускорению свободного падения. Предположив, что злые птицы на самом деле существуют на земле, можно использовать известное значение ускорения g=9,8 м/с^2. Тогда подставив этот коэффициент в уравнение параболы и произведя математические преобразования, заключаем: высота рогатки, взятая нами за единичный отрезок, будет составлять 4,9 м. Отсюда следует, что красная злая птичка имеет размеры порядка 70 см. Значит, действие игры происходит не на земле, а в каких-то других условиях: это вымышленная планета с особыми свойствами, либо время там течёт иначе. Видим, что некоторые составляющие игры имеют реальное происхождение, а некоторые вымышлены. Разобраться, где правда, а где вымысел иногда бывает очень полезно. У Ретта Аллена имеется ряд статей о физике злых птиц. В них он выясняет, являются ли скорости запуска птиц постоянными, рассматривает гармонические колебания свинок, по которым идёт стрельба, доказывает выполнение III закона Ньютона при столкновениях. Статьи датированы 2010 годом, но в русскоязычном интернете подобных описаний не находится. Серии игр Angry Birds в этом году исполнилось 5 лет, и злые птички до сих пор популярны. Более того, они проникают из виртуального мира в реальный: так, в 2012 году птицы стали символом Чемпионата мира по хоккею с шайбой, сегодня они есть на банковских картах, о них снимаются мультфильмы и целые сериалы. Но не всё так безоблачно: имеется информация о том, что данные об игроках собираются и отправляются по сети для подбора контекстной рекламы.
Angry Birds - особый мир, в котором выполняются известные нам законы. В 2012 году в игре появилось «ныряние» птиц в воду, в которой движение пернатых также подчиняется законам физики. В воде появляется коэффициент сопротивления движению, поэтому в этой среде птицы значительно быстрее останавливается, а также возникает сила, выталкивающая птицу из воды по закону Архимеда. Другие свои способности птицы не теряют в воде. В общем, все эти рассуждения в доказательство тому, что любая компьютерная игра - это программа, то есть набор правил, алгоритмов, за которыми могут стоять реальные физические законы, описываемые серьёзными математическими моделями. И Angry Birds - хорошее тому подтверждение. Важно не просто играть, а осмысливать игру, вникать в то, каким образом она устроена и работает, почему действие происходит именно так, а не иначе. Возможно, что производя такую работу, кому-то захочется создать собственную компьютерную игру, заложить в неё свои правила и законы, смоделировать поведение героев по конкретным алгоритмам. И если мы далее создаём это с ребятами - в Скретч, на Flash или другим образом - это новый шаг в развитии.
