Физика воды и плавучесть лодок в Roblox: волны Герстнера, гидродинамическое сопротивление и симуляция судов

Стандартная вода Terrain в Roblox подходит для простого плавания, но не обеспечивает реалистичной гидродинамики для катеров, парусников и морских сражений.

Используя многоточечную систему плавучести по углам корпуса в сочетании с волнами Герстнера в Luau, катера реалистично преодолевают динамические океанские волны.

1. Недостатки стандартной воды Roblox для морского транспорта

Почему встроенная вода не справляется со сложными судами:

• Однородная плавучесть: равномерное ускорение без учета крена и дифферента судна.
• Плоская поверхность воды: отсутствие реалистичных трехмерных океанских волн.
• Взлеты при столкновении на скорости: дискретные ошибки коллизии, выбрасывающие судно в воздух.
• Отсутствие демпфирования крена: постоянный риск опрокидывания при резких поворотах.

2. Многоточечная плавучесть Архимеда и волны Герстнера

Расчет подъемной силы в распределенных точках корпуса:

• Четырехточечный замер: Attachments на носу и корме независимо измеряют глубину погружения.
• Аналитическая формула Герстнера: мгновенный расчет высоты воды в координатах `(X, Z)` без отправки геометрии.
• Сила Архимеда с демпфированием: `F = (Глубина * Объем * Гравитация * Плотность) - (Скорость * Демпфирование)`.
• Естественный восстанавливающий момент: самовыравнивание судна при крене.

--!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. Анизотропное сопротивление и гидродинамика

Математическое моделирование водного сопротивления корпуса:

• Анизотропное сопротивление: минимальное сопротивление вперед (~0.05) и огромное боковое сопротивление (~1.2).
• Переход в режим глиссирования: подъем корпуса над водой на высокой скорости.
• Демпфирование угловой скорости: предотвращение раскачивания.
• Кормовой вектор тяги: реалистичный крен внутрь поворота.

4. Сетевая синхронизация и передача владения

Обеспечение плавности в мультиплеере:

• Передача Network Ownership рулевому для полного отсутствия задержки управления.
• Детерминированные волны: синхронный расчет на сервере и клиентах по серверному времени.
• Фиксация пассажиров в сиденьях для предотвращения выпадения за борт.
• Спящий режим пустых судов для экономии ресурсов сервера.

5. Чек-лист для релиза

Правила стабильной физики в Roblox Studio:

• Центр тяжести ниже ватерлинии для защиты от переворота.
• Упрощенные хитбоксы без трения для предотвращения застреваний.
• Кильватерный след и брызги, привязанные к скорости судна.
• Визуальная деформация поверхности воды, строго соответствующая формулам.

Frequently Asked Questions