Festlegung Körperteile Ragdoll

Unity Physics Tutorial – Ragdoll Physics (6/6)

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Im letzten Teil des Unity Physics Tutorial hast du die Grundlagen zu Kräften und Bewegungen für physikalische Simulationen in Unity kennengelernt. Hierfür gibt es die Möglichkeit Kräfte direkt im Unity Editor oder über Skripte zu erzeugen.

In diesem Teil des Tutorials erkläre ich dir die Grundlagen bezüglich der Ragdoll Physics. Du erfährst Schritt-für-Schritt, wie du bei Charaktern physikalisch korrekte Bewegungen von Körperteilen umsetzt. Lass uns gleich damit starten, indem wir uns die Grundlagen zu Ragdoll Physics ansehen…

Übersicht Unity Physics Tutorial

Was ist Ragdoll Physics?

Ragdoll Physics ist eine Technik, um realistische und natürliche Bewegungen von Charakteren zu simulieren, indem sie die Gesetze der Physik nutzen. Ein Ragdoll beschreibt das Erscheinungsbild und Verhalten eines realistisch bewegten Charakters. Hingegen ist Ragdoll Physics die Technik, um dieses Verhalten mithilfe von physikalischen Simulationen zu erzeugen.

Mixamo Ragdoll Charakter (Quelle: https://www.mixamo.com/#/?page=1&type=Character)

Bei Spielen sind Ragdoll vereinfacht gesagt Charaktere, die sich aufgrund ihrer physikalischen Eigenschaften in der Umgebung bewegen und mit ihr interagieren. Im Gegensatz zu vorab animierten Bewegungen, bei denen jede Aktion genau choreografiert ist, erlaubt Ragdoll Physics diesen Charakteren auf Einflüsse von außen zu reagieren. Das führt zu einem erhöhten Grad an Realismus.

Der Hauptunterschied zwischen Ragdoll Physics und traditionellen Animationstechniken liegt in der Art und Weise, wie Bewegungen erzeugt werden. Während bei traditionellen Animationen jede Aktion im Voraus geplant und animiert wird, basieren Ragdoll-Animationen auf der Simulation physikalischer Kräfte, die auf die Körperteile wirken.

Das ermöglicht es den Charakteren, auf Kollisionen, Schwerkraft, Druck und andere äußere Einflüsse in Echtzeit zu reagieren. In den nächsten Abschnitten werden wir uns genauer mit den Grundlagen der Ragdoll Physics befassen.

Anwendungsgebiete von Ragdoll Physics

Ragdoll Physics ist ein Tool für die Entwicklung von Anwendungen. Damit lassen sich realistische Bewegungen und Interaktionen von Charakteren erzeugen. Dadurch kann die virtuelle Welt lebendiger gestaltet werden und der Nutzer tiefer in das Spielerlebnis eintauchen. Im Folgenden sind einige Anwendungsgebiete von Ragdoll Physics in verschiedenen Genres aufgelistet.

1. Action-Adventure-Spiele

Bei Action-Adventure-Spielen ermöglichen Ragdoll Physics realistische Kampfszenen und beeindruckende Animationen bei Angriffen und Treffern. Wenn ein Charakter von einem Angriff getroffen wird, können die Körperteile realistisch auf die Auswirkungen reagieren. Stürze von hohen Plattformen oder Treffer durch explosive Effekte können ebenfalls durch Ragdoll Physics dargestellt werden.

2. Open-World-Spiele

In offenen Spielwelten tragen Ragdoll Physics dazu bei, die Interaktion zwischen Charakteren und ihrer Umgebung zu intensivieren. Charaktere können auf unebenem Gelände stolpern, von Hindernissen gestoßen werden oder realistisch auf verschiedene Oberflächen reagieren. Die Möglichkeit, Charaktere in solchen Welten physikalisch zu bewegen, fördert das Eintauchen in die Spielwelt.

3. Sportspiele

Ragdoll Physics spielen auch in Sportspielen eine wichtige Rolle. Bei Spielen wie Fußball, Basketball oder Football können Charaktere nach einem harten Zusammenstoß realistisch fallen und sich auf dem Boden bewegen. Das trägt zur Authentizität der Erfahrung bei und vermittelt den Eindruck, dass die Charaktere tatsächlich auf die physischen Gesetze reagieren.

Grundlagen Ragdoll Physics

Die Grundlagen der Ragdoll Physics bilden das Rückgrat einer realistischen Bewegungs- und Interaktionssimulation in der virtuellen Welt. In diesem Abschnitt tauchen wir in die grundlegenden Konzepte ein, die all das möglich macht.

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Physikalische Simulation von Gelenken und Körpern

Die physikalische Simulation von Gelenken und Körpern ist der Dreh- und Angelpunkt der Ragdoll Physics. Sie verwendet die grundlegenden Prinzipien der Physik, um die Bewegungen und Interaktionen von Körperteilen zu berechnen. Hierbei sind Kräfte, Impulse und Kollisionen wichtig, um eine realistische Darstellung zu erzeugen. Die nötigen Grundlagen zu diesen Themen hast du bereits in den letzten Teilen des Unity Physics Tutorials kennengelernt.

Bei der Simulation in Unity wirken Kräfte und Impulse wie unsichtbare Hände, die an den Körperteilen ziehen und sie je nach Umgebung und Einflüssen bewegen. Wenn ein Charakter beispielsweise auf den Boden fällt, wirken die Kräfte der Schwerkraft und die der Kollision auf die Körperteile. Das führt im Anschluss zu einer realistischen Fallbewegung.

Die Berechnungen berücksichtigen Faktoren wie

  • Masse der Körperteile,
  • Geschwindigkeit, mit der sie auf den Boden treffen und
  • Kräfte, die bei der Kollision auftreten.

Um reale physikalische Eigenschaften eines GameObjects zu simulieren, ist die Rigidbody-Komponente in Unity sehr wichtig…

Verwenden der Rigidbody-Komponente in Unity

Die Verwendung der Rigidbody-Komponente bildet das Herzstück der physikalischen Simulation. Ein Rigidbody ist eine wichtige Komponente, die es einem GameObject ermöglicht, reale physikalische Eigenschaften zu simulieren. Von der Masse über die Schwerkraft bis hin zu elastischen Eigenschaften. Rigidbodies sind der Schlüssel, um Körper auf Kräfte und Impulse reagieren zu lassen. Hier erfährst du alles, was du zur Rigidbody-Komponente wissen musst.

Durch das Hinzufügen von Rigidbodies zu den Körperteilen eines Ragdoll-Charakters erhält jeder Teil seine individuellen Eigenschaften. Sie werden im Anschluss von der Physik-Engine verwaltet. Sie berechnet unter anderem die Bewegungen und Interaktionen der Körperteile basierend auf den einwirkenden Kräften. So entsteht eine beeindruckend realistische Simulation von Bewegungen und Kollisionen.

Rigidbody-Komponente für linkes Bein

Zusammenhang zwischen Rigidbody und Collider

Der Zusammenhang zwischen Rigidbody und Collider ist essentiell, um eine korrekte und realistische Kollisionserkennung und -reaktion zu ermöglichen. Collider sind unsichtbare Container um die Körperteile, die es ermöglichen, auf Kollisionen zu reagieren. Wenn ein Collider eines Körperteils mit einem anderen Collider oder einer Umgebungsgeometrie in Berührung kommt, führt das zum Auslösung von Kräften und Impulsen auf die zugehörigen Rigidbodies.

Eine Interaktion zwischen Collidern und Rigidbodies erzeugt dynamische Effekte, welche für realistische Interaktionen sorgen. Über die Physik-Engine werden die Kollisionen und die resultierenden Kräfte berechnet, um die Bewegungen der Körperteile zu beeinflussen. Diese enge Kopplung ist der Schlüssel, um die Gesetze der Physik in der virtuellen Welt nachzubilden. Für die Körperteile der Charaktere eignet sich auf Grund der Form der Capsule Collider besonders gut.

Capsule Collider für linkes Bein

Joints und Constraints als Bindeglied

Joints und Constraints stellen das Bindeglied zwischen den Körperteilen dar. Sie definieren die Art und Weise, wie sich die Körperteile zueinander bewegen. Während Constraints Einschränkungen festlegen, um die Bewegungen realistisch zu steuern.

So sollte sich zum Beispiel ein Handgelenk für eine realistische Bewegung nur um einen bestimmten Winkel verdrehen können. Unity bietet verschiedene Joint-Typen, um eine breite Palette von Bewegungen zu ermöglichen. Darunter unter anderem der Hinge Joint, der eine Drehbewegung um einen Punkt ermöglicht (ähnlich einem Türscharnier).

Für Ragdoll Charaktere bieten jedoch andere Joints wie der Character Joint größere Flexibilität, indem sie eine Vielzahl von Bewegungen ermöglichen. Constraints können angewendet werden, um die Bewegungsbereiche der Joints einzuschränken. Die Kombination von Joints und Constraints ermöglicht somit natürliche Bewegungen von Ragdoll-Charakteren.