遊戲、程式、物理學

 

李明憲

淡江大學物理系

 

講者簡介

臺北市人,
恩光幼稚園、東門國小、大安國中、 延平中學(高中部)、
淡江大學物理系 + 數學系(雙學位學士)、 劍橋大學物理系(直攻)博士

 

大綱

講者簡介

為什麼遊戲有趣?

為什麼苦讀無趣?

電腦遊戲的進展

基本特效介紹

物理與程式

現況未來

 

 

Why is a game fun ? 為什麼遊戲有趣?

人為什喜歡玩遊戲?

遊戲的種類:動作射擊(狩獵)、扮演策略(工具)、解謎對弈、尋奇冒險(3D)


電影是第八藝術,遊戲就是主觀的戲劇


但不是真的, 何趣之有?越逼真,越成功。

擬博物

not repeating, not unpredictable

人腦喜歡推測、解謎

尋奇冒險

賽局理論:千變萬化

說故事是有趣的

唱歌,聽音樂是有趣的,


 

什麼樣的狀況下,遊戲 yeh 無趣?(When can games be no fun ?)

when not playing, people get born

sitting there all day, not watching comic

 

為什麼考試無趣?無 liau?(Why physics and math not fun ?)

不解、複雜、無用

為什麼需要座標旋轉?因式分解?

所以,新教材增加學習的多元性(課外書、體驗營),甚至情境題。

賽局理論 (Game Theory) 告訴我們

實用(學而時習之,不亦樂乎?)

 

 

 

投籃機世界冠軍者的啟示

1 秒進 3 球! 投籃機達人打敗無敵手
https://www.youtube.com/watch?v=fro7Fo6GmV8

有價值(有用)的東西,總不會沒有點難度的。

你們猜他畢業後現在在做什麼?(2012 當年淡江大學物理系三年級周育霆)

 

 

如何激化學習物理科學的樂趣?(How should we self motivate ?)

勤有功、戲無益,戒之哉、宜勉勵。(難到,此乃無法逃避的宿命?)

(1) 從重覆中尋奇及創新

(2) 注意差異與不同:同一件事情(題目), 嚐試不同的作法(解法),並努力回味其異同性。

如此從學習中發現 科學堛滷`規律與守恆量,提昇理解,增加經驗值。

 

 

動作型遊戲回顧展示


Top 10 Arcade Games Of The 1970s
https://m.youtube.com/watch?v=km8bc_oBRgk (10:00)

Asteroids
https://m.youtube.com/watch?v=okRZNrqPjUk (2:10)
https://m.youtube.com/watch?v=WYSupJ5r2zo (10:00)

彈珠台 Epic Pinball
https://m.youtube.com/watch?v=m2nsY9J_4as (5:00)
Pinball Arcade
https://m.youtube.com/watch?v=cqcaMsFIEEo

憤怒烏 Angry birds
https://m.youtube.com/watch?v=F8bSov1ZPAk
https://m.youtube.com/watch?v=2BqfjGDsHUs (2:05)

Evolution of Video Game Graphics 1962-2017 (11:00)
https://m.youtube.com/watch?v=3H6hnFV-nDU



Evolution of Video Game Graphics 1952 - 2015
https://m.youtube.com/watch?v=xKVS_81Op5A

Top 10 Games You Should NEVER Play in Front of Your Parents!
https://m.youtube.com/watch?v=YUvaHsIyt1E

 

基本特效介紹

動畫

planet

3D

立體 3D

 

AI

規則:專家系統

學習:(類)神經網路

遊戲逼真的秘密(物理與數學)

物理引擎:移動、加速、摩擦、旋轉、碰撞、力場、、、

 

美麗外觀:光影處理 (光跡、反射、折射、散射)、3D 投影 、、、

動作流暢:圖形加速硬體

OpenGL 特效

https://www.youtube.com/watch?v=Nct_jGV25V4

GPU

 

 

 

利用物理 解決問題 的 金字塔

電腦模擬繼觀測與實驗之後,成為第三種人類確立自然科學知識的典範(paradime)。電腦成為協助解決科學研究與工程應用問題上的一個不可或缺的工具。

以電腦協肋我們解決問題的方式,可參見我提出的金字塔:

問題
物理量
數學模型
演算法及程式
數值計算及分析
結論、解釋、預測

http://boson4.phys.tku.edu.tw/numerical_methods/nm_units/importance.htm

 

詳解落體問題

http://boson4.phys.tku.edu.tw/high_school/unit_motion_of_falling_objects.htm

套用解決問題的金字塔
如何模擬物理現象?
微分方程求解(求解、把未知變己知)
如何列出演算法
Fortran 程式範例 (由簡單而基礎,提供連結)
繪圖的例子,提供連結
自行編寫 vi 及 編譯 Fortran , 使用 VM player 的方法連結(不示範)
操作展示
電腦模擬的強項: 空氣阻力
有空氣阻力的模擬結果
進一步思考 (炸彈開花、物量守恆)


彈珠台示範
http://boson4.phys.tku.edu.tw/high_school/unit_motion_of_falling_objects.htm#air


展示三態變化

 

https://www.youtube.com/watch?v=Xk1uqN48dRE

https://www.youtube.com/watch?v=VS8wlS9hF8E&list=PLRIWtICgwaX0u7Rf9zkZhLoLuZVfUksDP

 

碎形

http://boson4.phys.tku.edu.tw/high_school/unit_fractals.htm

 

更多範例:物理走廊 電腦模擬電視牆

http://163.13.111.54/physics_corridor/TV_wall.html

 

 

以上各例告訴我們: 如果想知道新材料的物性 可寫個程試模擬

 

 

 


遊戲的未來

更巨真實感的體驗
(水花、煙霧、毛髮、皮膚)

更真實的光影計算,更多的多邊形

更多物理特性(例如、碰撞形變、斷裂、炸散)

 

3D 立體

 

體感

附加實境 (Augmented Reality) (不只是虛擬實境)

 

(數位)內容(即故事性增強,或融入社群平台)

 

AI

 

小遊戲未來(尚多不常見之物性)(創意創新)

浮力

溫度

聲音

振動

流體(黏滯)

電磁

折射

反射

 

 

 

物理計算模擬的未來

更強大的電腦、平行處理

更精確的物理公式(近似)(需數學)

更有效率的算法

更完整的宇宙萬物描述 (實驗與理論新發現)

 

商業遊戲發展現況例:OpenGL 3D Game Tutorials (light weight JAVA GL, LWJGL)

https://www.youtube.com/playlist?list=PLRIWtICgwaX0u7Rf9zkZhLoLuZVfUksDP

 

材料計算物理進行之現況

現場示範

 

 

淡江大學物理系的電腦相關課程

大一:計算機概論(程式語言)

163.13.111.54/introduction_to_computers

大二:數值分法(數學問題的演算法)

http://boson4.phys.tku.edu.tw/numerical_methods/index.htm

大三:計算物理(各種物理現象模擬)

http://boson4.phys.tku.edu.tw/comp_phys/index.htm

力學與力場
三態變化
剛體
波動
電磁場
混沌現象
碎形
神經網路
基因演算法

大四:計算材料(材料物性)

http://boson4.phys.tku.edu.tw/comp-solid-state/index.htm

 

其他:我的 課程網站






物理學





人生(宇宙)如戲、戲如人生(宇宙)? (電腦模擬在科學工程上的應用)

http://boson4.phys.tku.edu.tw/NTU_phys_demo/simulation_environments/importance.htm
or
http://boson4.phys.tku.edu.tw/numerical_methods/nm_units/importance.htm

電磁場與電磁波模擬(電磁波相容性分析)

電路設計模擬

工程建築結構分析

汽車碰撞測試模擬

流體力學(如船舶設計、印表機噴墨嘴設計)與空氣動力(風洞)模擬

氣象預報

分子動力學的物性模擬(材料物性與溫度的關係)

藥物設計(鑰匙與鎖孔配對的原理)

量子力學能帶結構與材料物性計算

高能粒子場論模型計算

石油探勘與地震即時資訊處理

資料視覺化與虛擬實境 (斷層掃描)

基因密碼解析

找尋外星人(無線電波天文學)

科學資料庫與搜尋介面 (ICSD, CSD, PDB)

隱形飛機的雷達截面積(RCS)模擬

http://home.xmsnet.nl/hdejong/curious/Lampyridae.htm

一個提到科學運算種類的網站資料:

http://www.csc.fi/english/csc/scientific_computing/applications