Física de Agua y Flotabilidad en Roblox: Olas de Gerstner, Resistencia de Fluidos y Simulación Náutica

El agua de terreno predeterminada de Roblox sirve para nadar, pero carece de la física hidrodinámica requerida para lanchas rápidas, veleros y batallas navales realistas.

Al diseñar un sistema de flotabilidad multipunto, los desarrolladores calculan fuerzas de Arquímedes en cada esquina del casco. Junto con las olas de Gerstner en Luau y tensores de resistencia de fluidos, las embarcaciones navegan olas dinámicas con total estabilidad.

1. Límites del Agua de Terreno Nativa en Roblox

Por qué el agua nativa falla en vehículos acuáticos avanzados:

• Fuerza de flotabilidad homogénea: Aplica aceleración uniforme sin calcular cabeceo ni balanceo del casco.
• Superficie plana sin oleaje: No se deforma tridimensionalmente en olas marinas dinámicas.
• Lanzamientos violentos a alta velocidad: Fallos de colisión discreta que expulsan las lanchas hacia el aire.
• Falta de amortiguación de balanceo: Riesgo continuo de vuelco sin torsión estabilizadora.

2. Flotabilidad Multipunto de Arquímedes y Muestreo de Olas

Cálculo de empuje hidrostático en puntos individuales del casco:

• Muestreo en cuatro esquinas: Attachments en proa y popa que calculan la profundidad del agua independientemente.
• Fórmula analítica de Gerstner: Determinación matemática de la elevación en cualquier punto `(X, Z)`.
• Cálculo de fuerza de empuje: `F = (Profundidad * Volumen * Gravedad * Densidad) - (Velocidad * Amortiguación)`.
• Par de adrizamiento natural: La mayor sumersión de un costado endereza el barco automáticamente.

--!strict
local RunService = game:GetService("RunService")
local Workspace = game:GetService("Workspace")

local BoatPhysics = {}

local WAVES = {
    {Dir = Vector2.new(1, 0).Unit, Steepness = 0.4, Length = 60, Speed = 12},
    {Dir = Vector2.new(0.7, 0.7).Unit, Steepness = 0.25, Length = 35, Speed = 9}
}

local GRAVITY = Workspace.Gravity
local WATER_DENSITY = 1.025
local POINT_SUBMERGED_VOLUME = 850
local DAMPING = 280

function BoatPhysics.GetWaveHeight(worldX: number, worldZ: number, timeVal: number): number
    local elevation = 0
    for _, wave in ipairs(WAVES) do
        local k = (2 * math.pi) / wave.Length
        local c = wave.Speed
        local dot = wave.Dir.X * worldX + wave.Dir.Y * worldZ
        local phase = k * (dot - c * timeVal)
        elevation += math.sin(phase) * (wave.Steepness / k)
    end
    return elevation
end

function BoatPhysics.UpdateBuoyancy(hullRoot: BasePart, sampleAttachments: {Attachment}, vectorForces: {VectorForce})
    local t = Workspace:GetServerTimeNow()
    for i, attach in ipairs(sampleAttachments) do
        local pos = attach.WorldPosition
        local waterY = BoatPhysics.GetWaveHeight(pos.X, pos.Z, t)
        local depth = waterY - pos.Y
        local vf = vectorForces[i]
        if depth > 0 then
            local vel = hullRoot:GetVelocityAtPosition(pos)
            local upwardForce = math.clamp((depth * POINT_SUBMERGED_VOLUME * GRAVITY * WATER_DENSITY) - (vel.Y * DAMPING), 0, 80000)
            local lateralDrag = -Vector3.new(vel.X, 0, vel.Z) * 45
            vf.Force = Vector3.new(lateralDrag.X, upwardForce, lateralDrag.Z)
        else
            vf.Force = Vector3.zero
        end
    end
end

return BoatPhysics

3. Resistencia Hidrodinámica y Comportamiento del Casco

Simulación de arrastre anisotrópico según la hidrodinámica del barco:

• Arrastre cuadrático anisotrópico: Baja resistencia hacia adelante (~0.05) y alta resistencia lateral (~1.2) para evitar derrapes irreales.
• Modo planeo vs. desplazamiento: Transición suave de empujar agua a elevarse a alta velocidad.
• Amortiguación de velocidad angular: Estabilización de balanceo mediante límites de rotación.
• Vector de empuje en popa: Giro realista con inclinación natural hacia el interior de la curva.

4. Propiedad de Red y Sincronización Multijugador

Garantía de rendimiento sin retrasos en la red:

• Propiedad de red del piloto: Asignación con `SetNetworkOwner(player)` para respuesta instantánea.
• Olas deterministas idénticas: Cálculo sincronizado mediante el reloj del servidor sin enviar datos pesados.
• Fijación de pasajeros: Anclaje de avatares para evitar eyecciones durante oleajes fuertes.
• Modo reposo: Desactivación de física en barcos vacíos para ahorrar procesamiento del servidor.

5. Lista de Verificación para Producción

Normas clave para embarcaciones estables en Roblox Studio:

• Centro de masa bajo la línea de flotación para evitar vuelcos.
• Geometría de colisión optimizada con fricción cero en bloques invisibles.
• VFX de estela y sonido de impacto de olas calibrados por velocidad.
• Deformación visual del agua vinculada exactamente al cálculo matemático.

Frequently Asked Questions