ハクソク

世界を動かす技術を、日本語で。

ゲームにおける車両のプログラミング

304日前原文(wassimulator.com)

概要

ゲーム内の車両挙動 を実現するための 基本原則 について解説 リアルな物理 と 体験重視 のバランスの重要性 エンジン・タイヤ・シャーシ の主要構成要素の役割 実装時の抽象化や割り切り の必要性 開発者が注目すべきポイント や基本フローの提示

ゲームにおける車の特別な立ち位置

  • 車両は多くのゲームジャンルで重要な役割
  • 現実世界の物理法則 に忠実である必要はなく、 体験重視 が優先される場合が多い
  • Mario Kart のような非現実的挙動から、 iRacing のような高精度シミュレータまで、幅広い表現
  • プレイヤーの「 運転している感覚」は、映画やゲームなどの 二次的体験 からも形成
  • 車両挙動の期待値 は作品ごとに異なり、開発者は「 どんな体験を伝えたいか」を明確にする必要

AV Racer開発での学びと実践

  • 初期は 単純なニュートン力学モデル で実装、見た目は車でも 挙動はロボットのよう
  • 非線形カーブ やパラメータ調整による「 滑り感」の演出で改善
  • ハック的手法 では限界があり、 リアルな運転感覚 を求めると破綻しやすい
  • 本格的な車両ダイナミクス の学習が必要と痛感し、次作開発へと繋がる
  • 現実の挙動の理解 が「 どこをどう誤魔化すか」の判断材料

車両シミュレーションの概念モデル

  • 車両は 3つの主要コンポーネント で構成

    • エンジン（ギアボックス含む）
      • スロットル入力 や ギアチェンジ に反応し、 トルクと回転数 を出力
      • 車輪の回転速度 と相互フィードバック
    • タイヤ・ホイール
      • エンジンからのトルク、 ブレーキ・ステアリング入力、 荷重移動、 路面摩擦 を受ける
      • 縦方向・横方向の力 を生成し、車両全体に影響
      • タイヤモデル による接地力の計算が重要
    • シャーシ
      • 物理エンジンの剛体 として機能
      • タイヤからの力 や 空気抵抗・重力・衝突 など外部要因に反応
      • 荷重移動 でタイヤのグリップに影響

  • 各コンポーネント間は双方向のフィードバックループ

  • 現実の全てを再現する必要はなく、抽象化や近似が実用的

  • 開発者ごとに異なる実装方法、正解は一つではない

エンジン・ギアボックスの基本

  • エンジンはトルク計算器 として実装
  • 入力 ：スロットル、ギア、車輪回転数
  • 出力 ：回転トルク
  • ギア比やデフ比 でトルクと回転数を調整し、最終的にタイヤへ伝達
  • 実装例
    • エンジン出力：5000rpm時に200Nm・100kW
    • ギア・デフを通じて 車輪へ増幅されたトルク が伝わる
    • 最終的にタイヤ半径で 線形力 へ換算

シミュレーション実装時のポイント

  • 全体像の把握 が重要（エンジン→タイヤ→シャーシの流れ）
  • どこをリアルに、どこを近似・省略するかの設計判断
  • 体験重視 か 物理忠実度重視 かで実装方針が変化
  • シンプルな疑似コード・アルゴリズム から段階的に拡張可能
  • 自分のゲームに必要なレベル を見極めて実装

まとめと開発者へのアドバイス

  • 車両シミュレーションに絶対的な正解は存在しない
  • ゲーム体験を最優先 し、必要な物理だけを実装
  • 基礎原則の理解 が「どこを誤魔化すか」の指針
  • エンジン・タイヤ・シャーシ の役割と相互作用の把握
  • 自分の作品に合った車両挙動 を設計する意識

次のセクションや詳細な実装例が必要な場合はご指示ください。

Hackerたちの意見

ちょっと前に、iOS用の車両とドリフトをシミュレーションするゲームを作ったんだ。SpriteKitで作ったけど、どんな2Dゲームエンジンでも簡単にできるよ。アイデアは、前に2つの車輪を置いて、それを長方形の車の形にピンジョイントでつなげて、車輪に力を加えるって感じ。力の角度を計算するのはすごく簡単で、x = 力 * cos(ボディの回転 + 車輪の回転) y = 力 * sin(ボディの回転 + 車輪の回転) これだけ！スキッドパーティクルも追加したよ。ドリフトは車輪とボディのダンピングをいじることで実現した。ゲームはここにあるよ: https://apps.apple.com/app/drift-mania-infinite-car-racer/id...

└

いいゲームだね！マーケットは競争が激しいから、22件の評価をもらえたのはすごいよ。どうやってマーケティングしたの？

└

「このゲームは素晴らしいグラフィックを特徴としています…」自虐的なところが好き！今ダウンロード中。

└

クールなゲームだね！ちょっとフィードバック: - すぐに始められるのが楽しい - スキッドパーティクルが実用的 - ゲームは見た目がいい - でも私にはちょっと難しすぎる; 壁にぶつかってもリセットしない「ゼン」モードが欲しいな。

面白いことに、エンジンは実際には最も動く部分が多いけど、コードの中では車のシミュレーション全体で最もシンプルな部分なんだ。エンジンの本質は、トルクを計算するだけのものだから。出力は一つ、入力から得られる回転トルクだけに関係してる。基本的にはブラックボックスなんだよね。これを見て、AngeTheGreatの素晴らしいエンジンシミュレーターの動画シリーズを思い出したよ。リアルタイムで動くように最適化されてるから、絶対チェックする価値がある！リアルな音を生成できるほどシミュレーションがうまくいってるのは、本当に驚きだよ。 https://www.youtube.com/watch?v=RKT-sKtR970

└

ゲーム「Automation」には、かなり深いエンジンビルダーやシミュレーションの要素があるよ。いじって遊ぶのがすごく楽しいし、音のシミュレーションはAngeTheGreatの動画にあるいくつかのコンセプトを使ってるんだ。

└

Houdiniでキューブをアニメーションさせるクラシックな方法: https://www.youtube.com/watch?v=NLiL0GLSvIw (要約: リアルタイムの内燃機関シミュレーション、何か予想外のことが起こる。)

いい投稿だけど、イントロがすごく混乱する。ゲームの車は非現実的な体験を幅広く提供するって言ってるけど、銃とは違うって。ほんとにそうなの？ホーミング弾、遅い弾、巨大な弾、重力銃、ロケットジャンプ、ヒットスキャン銃、弾道落下のある銃、凍結銃とか、いろんな銃を使ったゲームをやってきたけど、体験に関するバラエティはたくさんあると思うんだ。 > 車に関しては、私たちの期待は直接的な経験だけじゃなくて、映画やゲーム、ポップカルチャーからも得てるからなんだよね。「速く運転する」っていう感覚は、そういう二次的な情報から形成されてることが多い。だから、これは証拠もない理論的な話に感じる。銃に関しても、車以上にそうじゃない？でも、ジャンプみたいなこともあって、ゲームの中でジャンプの仕方には幅広いバリエーションがあるけど、実際にジャンプすることから得る期待は、運転することから得る期待よりもずっと多いんだよね。

└

作者はFPSゲームのコーディング経験があまりないんじゃないかな。実際の銃を撃つ体験とは全然違うから。もしそうだったら、ゲームはもっとイライラするし、退屈になると思う。精度も低いし、弾道の変動も大きいしね。レースゲームと同じで、楽しさを感じさせるための工夫がたくさんあるんだよ。

└

ステージで突然思いついたFPSの例だけど、後から考えたらあんまり良い例じゃなかったって気づいた。いい指摘だね。

└

これはリアリズムじゃなくて、真実味の問題なんだ: 私たちは信じられる体験を求めている。ゲームの中の銃器は、プレイヤーに銃の力のファンタジーを信じさせることを優先するから、あまりリアルじゃないことが多い。見た目や音が恐ろしい感じで、持っている人に死をもたらすことができる。走ったりジャンプしたりするのも同じで、マリオが異常に高くジャンプする理由を実証的に説明する必要はない - それはゲームのテーマを強調する美的な選択だから。物理やカメラ、フォトリアルなレンダリングの描写にこだわりすぎることがあるけど、そういう場合は真実味を体系化するのに適したツールがあるから、車はリアルな車の特性を忠実に模倣することで、よりリアルに振る舞うことができる。そういうシミュレーションは、業界で使われるものと比較できるけど、ゲームの多くの側面はそのアプローチを取れなくて、少し現実から離れたカートゥーン的な近似にしなきゃいけない。人間の動きや会話、国家経済の動き、戦闘のペースなどがそうだ。デザインされた製品の制作者として、私たちはプレイヤーの期待に信じられる形で応えるために、ゲームの目標と整合する選択をしている。真実味を達成する方法はたくさんあるけど、ゲーム全体の構造を壊してしまうこともある。それが初心者デザイナーの典型的な落とし穴で、「Xをやるけどもっと詳細に」って感じになるんだ。

素晴らしい記事だね。特に正確なタイヤをシミュレートするのがどれくらい難しいのか、ずっと興味があったし、エンジンの音がどうやって生成されるのかにも興味がある。ちょっとした誤字があったけどね: s/Imperically/empirically（かな）。

└

ラッキーだね！エンジンの音をシミュレートするためにエンジンシミュレーターを作った人の素晴らしいYouTubeシリーズがあるよ: https://youtube.com/playlist?list=PLUahe1BHkKtVN4nPDmueo7huQ... タイヤのシミュレーションも面白いよ。全くシミュレートしなくても遊べる車両を作れるし、ゲームプレイの理由でいくつかの側面をシミュレートすることもできる（タイヤの摩耗、熱、基本的なグリップレベルの変化など）。あるいは、リアルな物理を徹底的にシミュレートすることもできて、それがBeam NGやiRacing、Assetto Corsaなどのゲームがやってることなんだ。通常は「タイヤモデル」として知られてるから、検索する時の用語として使えるよ。まだ近似だけど、精度はどんどん向上してるよ。

これを読んで、レースの物理学についての良い講義を思い出したよ。YouTubeに投稿されてたやつ。Andre Marziali - Physics of Racing https://www.youtube.com/watch?v=bYp2vvUgEqE

他にもいろいろあるけど、俺は「Army of Two」の全車両シミュレーションを担当してたんだ。このアーティクルはいいスタート地点だと思う。Pacejkaのタイヤモデルとトランスミッションのディファレンシャルを実装したって言ってくれて嬉しかったな。これがすごく役立つんだ。それに加えて、アンチロールバーの物理シミュレーションやサスペンションシミュレーションが運転を「楽しい」と感じさせるのにどれだけ重要か、驚いた（驚いてないけど）。これが一番大事なポイントだよ。これがないと、運転が氷の上を走ってるみたいに感じるからね。デモ動画でもそれが見える。アンチロールバーとサスペンションをうまく作れない人は、カーブで簡単にひっくり返る車になっちゃうから、タイヤが滑ったり、表面摩擦をいじったりして、運転体験が悪化するんだ。

└

クラシックなゲームだね。俺が覚えている最初のシューティングコープの一つだ！

└

ありがとう！基本的なモデルでアンチロールバーがそんなに重要だとは知らなかった。次はそれを調べて、うまくいったら記事も更新するね。

これ、俺が「Flightle」を作った時に発見したことにすごく似てる。スマホで横スクロールのフライト「シミュレーター」をプレイして、飛行機が全然飛行機らしく動かないのに怒って作ったんだ。「どれくらい難しいのか」と思って、飛行機の飛び方についてたくさん学び始めた。ちょうどいいレベルの抽象化があることがわかったよ。非現実的すぎると静的で満足感がなかったし、リアルすぎると楽しいゲームプレイのために調整が難しかった。

山はなし？バンクカーブもなし？サスペンションもなし？Unreal Engineには2つの車のデモプロジェクトが付いてるよ。最初のはUnrealの「Hello World」で、シンプルな車がある。2つ目には実際のサスペンションモデルがあるんだ。

└

ワシムがトークのQ&Aで、サスペンションは偶然にも物理エンジンによって処理されていて、それが不均一なタイヤ負荷にフィードバックして、タイヤの力に影響を与えるって言ってたよ。

└

トークの最後や記事の中に、ゲームエンジンの現状を示す短いデモ動画があるんだけど、丘やバンクカーブなどがあって面白いよ。トークではフラットなグリッドを選んだんだけど、サスペンションも実装したものの、車にとって特別な問題だとは感じなかったんだ。少なくとも、車を支えるシンプルなサスペンションはそうでもなくて、流れや限られた時間にはあまり合わなかったかな。

わあ、これ本当に楽しんだ。タイヤモデルだけでも再読する価値があるね。逆に、シミュレーションやリアルさを気にせず純粋に楽しむために遊ぶなら、1980年代のスピナーウィールの「Super Sprint」アーケードキャビネットがあれば、笑顔が保証されるよ。

Rocket Leagueの車の物理についての良いGDCトークがあったよ: https://www.gdcvault.com/play/1024972/It-IS-Rocket-Science-T... ちなみに、私はRocket Leagueに関わってたけど、ゲームクライアントには関わってないよ。