一个项目的历史 · 1996–2026

2D 载具

1996 年 8 月下旬的一个周末，我写了一个 2D 物理模拟，它后来成了那款大热的游戏《Grand Theft Auto》（也就是《GTA》）中载具系统的基础。

它最初只是我用 GFA BASIC 在 Atari ST 家用电脑上写的一个线框小 demo（后来移植到 C 语言，用在了真正的游戏里）。

在它 30 周年之际，我用 JavaScript 把它重制* 了一遍，形式稍微好看一点，算是“复刻版”，给任何有兴趣看看或上手玩玩的人。

1996 年的想法，在 Motion Lab 中重制。

操作说明

上面的重制版可以直接玩，如果你在手机上，也有触屏操作。

除了默认的“Car”模式（1），你还可以选择技术上更简单的 Spaceship（也就是“Ship”，2）和“Brick”（3）模式，既可以通过设置里的模式选择器切换，也可以直接按键盘上对应的数字键。

场地四周的碰撞屏障可以通过点击或按“B”来开关，“G”则开关垂直重力（只有在 Ship 和 Brick 模式下才真正说得通）。

摄像机控制由“Z”和“X”提供：“Z”开关所谓的摄像机“死区”，它决定载具移动多远之后摄像机才会跟上；“X”开关一个与速度相关的缩放功能，开快的时候摄像机会稍微拉远一点（就像 GTA 里那样）。

*（当然，完全没有任何侵犯版权或商标的意思）

[自愿免责声明：本作品完全独立于《Grand Theft Auto》系列及其发行商“Take-Two”，也与名为“Rockstar Games”的开发实体毫无关联。我非常乐意把这一点说得清清楚楚。甚至可以说是求之不得。]

工作原理

一个小想法，两层结构。

这个原型把一个通用的 2D 刚体和一个刻意做得很简单的汽车模型结合在了一起。

最初的模拟是从类似“Brick”的东西开始的，之后我加入了一些增强，做出了“Ship”（刻意让人联想到 1986 年的经典游戏“Thrust”），最后又加入了必要的元素，让它更像一辆“Car”。

系统的核心是一个简单的经典 2D 刚体动力学模拟。据我所知，这种做法在当时（有一些明显的例外）的游戏中还不常见，大多数游戏载具用的是高中水平的“质点物理”（F = ma），任何旋转分量都靠各种不靠谱的“hack”来处理。使用真正的刚体物理（包括力矩）能让旋转处理得更连贯。

在这个核心之上，我加入了一个“新颖”的载具模拟层，基于一个简单、近似、技术上并不正确的轮胎行为模型。这基本上是我半懂半猜的结果，虽然我知道它在物理上并不准确，但在当时看来，对我的目的来说已经“足够好”了。

这些图描述的是当前的 JavaScript 复刻版。浏览器界面提供控制，模拟以固定时间步推进，Canvas 渲染器绘制出结果状态。把这些职责分开，就更容易看清一次按键在哪里变成力，而这个力又在哪里变成运动。点击任意图片可查看大图。

整体流程，从页面和控制到模拟与绘制。

载具把一个刚体、一个描述其显示形状与碰撞几何的 shell，以及一个提供其行为的 dynamics 对象组合在一起。Brick 接受来自指针拖拽的力；Ship 在附着点施加推力；Car 加入引擎力和转向，并在四个轮胎位置施加阻力。切换模式会替换 shell 和行为，同时保留刚体的位置与运动状态。

载具协调器如何把形状、行为和刚体状态组合在一起。

刚体除了记录位置和速度，还记录角度和角速度。穿过质心的力改变它的运动；偏离质心施加的力还能让它转动。仿真把所有力和力矩加起来，更新速度，再推进位置和角度。旋转刚体上某一点有自己的速度，等于刚体整体的运动与绕质心运动的叠加。

Barrier 用的就是这个点速度。当某个形状越过一条边时，仿真把它移回内侧，如果它正朝 barrier 运动，就施加一个接触冲量。因此偏心撞击既能改变速度，也能改变自转。这是一个简单的 barrier 求解器，边无摩擦，而不是通用的碰撞系统。

共用的物理核心，以及解决 barrier 接触所用的步骤。

对每个轮胎，Car 测量其所在位置的速度，并把它分解为两个分量：沿车轮朝向的和横向的。它对滚动施加很小的阻力，对横向运动施加强得多的阻力。转向会改变前轮的朝向，所以它们的力也会让车身转动。手刹增大后轮的滚动阻力，并降低后轮的横向抓地力。

这些阻力与速度成正比，没有上限。这是一个方便的阻尼模型，而不是对轮胎摩擦、打滑或可用抓地力的真实描述。它用极少的机制换来了车轮抵抗横向移动的那种有用手感。Ship 和 Brick 使用同一个物理核心，只是施加力的方式不同。

力模型，包括车轮速度分量和手刹行为。

Vehicle 协调器让选中的 dynamics 对象施加各自的力，然后推进刚体。它还会把外壳的局部点转换成世界坐标用于绘制，并找出每个 barrier 所面对的曲面点。当一个平面与 barrier 接触时，它取接触点的中点，避免因选取单个角而引入的人为旋转。

模式安装、仿真更新和接触几何的细节。