УДК 004.584
Шевченко Я.В.
к.т.н., доцент каф. СПО Блажко А. А.
Одесский Национальный Политехнический Университет, УКРАИНА
АННОТАЦИЯ. Рассмотрена проблема расхождения результатов натурных экспериментов в лабораторных работах по физике и поведения компьютерной модели с использованием стандартных компонент RigidBody инструментальной среды программирования компьютерных игр Unity3D. Предложены методики уточнения статических характеристик виртуальных объектов для сокращения погрешности их динамических характеристик в виртуальных экспериментах по разделам механики.
Введение. Сегодня существует много решений по моделированию физических процессов в компьютерных играх [1]. В инструментальной среды программирования компьютерных игр Unity3D существует стандартный компонент RigidBody, позволяющий программировать физическое поведение 2D/3D компьютерных моделей [2]. Для компьютерных игр погрешность значений динамических характеристик не всегда имеет значения, но для их использования в учебных целях студентам-экспериментаторам важно знать эти погрешности и понимать способы их уменьшения с учетом целей моделирования. В процессе изучения тем по физике студенты должны получить не только знания о сущности физических явлений, но и навыки использования методов измерений физических величин [3]. Автору работы не удалось найти готовые методики уточнения характеристик виртуальных объектов для сокращения погрешности виртуальных экспериментов по разделам механики.
Целью работы является разработка методики уточнений статических характеристик виртуальных объектов для сокращения погрешности их динамических характеристик в виртуальных экспериментах по разделам механики.
Описание методики уточнений статических характеристик виртуальных объектов.
Для создания методики были разработаны методические указания по проведению виртуальных экспериментов по трем темам:
1) Определение скорости свободного падения тела
2) Период колебаний физического маятника
3) Баллистика. Расстояние полета и скорость снаряда при заданном угле лука, переменной силы натяжения
Далее кратко рассмотрим ход проведения экспериментов по указанным темам лабораторных работы. В каждой из работ студентам предлагается собственноручно разработать программу, с помощью которой будет произведен виртуальный эксперимент. В первом этапе каждой работы описывается процесс создания и настройки среды для эксперимента: так, к примеру, поясняется создание всех взаимодействующих и взаимосвязанных объектов и их статических характеристик, которые приведут к определенным показателям и изменению их динамических характеристик. Во втором этапе предполагается проведение непосредственно виртуального эксперимента и совершение измерений динамических характеристик, предполагаемых по условию работы.
Каждая лабораторная работа завершается проверкой погрешности измерений динамических характеристик виртуальных объектов.
Эксперименты показали следующие погрешности:
1) Скорость свободного падения тела в виртуальной среде меньше на 10% чем при проведении натурного эксперимента.
2) Расстояние полета и скорость баллистического снаряда виртуального эксперимента больше на 10% чем при натурном эксперименте.
3) Период колебаний маятника в виртуальном эксперименте на 50% больше, чем в натурном эксперименте.
Если погрешность превышает допустимые величины, студентам предлагается методика внесения изменений в значения статических характеристик объектов:
1) Изменение статической характеристики «сила сопротивления среды» для падающего тела, либо незначительного усиления действующей характеристики «сила тяжести»
2) Увеличение показателя «сопротивления среды» для баллистического снаряда.
3) Приведение статической характеристики «сила тяжести» до реального значения, ввиду того, что физический движок при работе с компонентом RigidBody2D устанавливает для него по умолчанию модификатор усиления силы тяжести = 1, который необходимо изменить на 9,8 ввиду того что по-умолчанию сила тяжести в Unity2D среде равна 1. 
Иллюстрация - “пример готового к работе программного решения”
Выводы.
В результате проведенной работы была рассмотрена проблема расхождения результатов натурных экспериментов в лабораторных работах по физике и поведения компьютерной модели с использованием стандартных компонент RigidBody инструментальной среды программирования компьютерных игр Unity3D. В следствии этого были разработаны некоторые методики уточнений статических характеристик виртуальных объектов для сокращения погрешности их динамических характеристик в виртуальных экспериментах по разделам механики.
Результаты этой работы будут использованы в проекте ЕС Erasmus+KA2 "GameHub: университетско-предпринимательское сотрудничество в игровой индустрии в Украине" (рег.номер 561728-EPP-1-2015-1-ES-EPPKA2-CBHE-JP.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Mathematics and Physics for Programmers, Second Edition. Danny Kodicek, John P. Flynt, Ph.D, 2012. - p. 592
2. Unity3D Documentation. Rigidbody [Электронный ресурс] // – Режим доступа: https://docs.unity3d.com/ru/current/Manual/class-Rigidbody.html
3. Кортнев А.В, Рублев Ю.В. и др. Практикум по физике // 3-е изд., доп. и перераб. - М.: Высшая школа, 1965. - 568 с.