Τίτλος Μαθήματος: Ρεαλιστικά Πολυμέσα και Ανάπτυξη Παιχνιδιών
Ώρες Διδασκαλίας: 39
Πιστωτικές Μονάδες: 7,5
Εξάμηνο: 2ο
Διδάσκων: Δρ. Παχουλάκης Ιωάννης, Δρ. Αθανάσιος Μαλάμος

Στόχοι Μαθήματος
Το μάθημα εστιάζει στην ανάπτυξη μιας θεμελιώδους κατανόησης της φυσικής ρεαλιστικής μοντελοποίησης και κινούμενης εικόνας ως θεμέλιο λίθο για την αρχιτεκτονική και την υλοποίηση παιχνιδιών. Οι προσεγγίσεις κινηματικής και δυναμικής εφαρμόζονται αρχικά σε συστήματα αυξανόμενης πολυπλοκότητας, ακολουθούμενες από την εφαρμογή αριθμητικών μεθόδων, για τον υπολογισμό της φυσικά ρεαλιστικής εξέλιξής τους σε μελλοντικές καταστάσεις.

Το μάθημα εξετάζει επίσης πώς οι απαιτήσεις για ταχεία αλληλεπίδραση του χρήστη, οι σύντομες διάρκειες περιεχομένου και οι πολυπλοκότητες των σκηνών στα σημερινά βιντεοπαιχνίδια, μπορεί να καθιστούν προτιμότερη τη φυσικά πειστική εξέλιξη αντί για τη φυσικά ακριβή.
Ως εκ τούτου, στο πλαίσιο του μαθήματος, οι φοιτητές/ τριες θα έχουν την ευκαιρία να αναπτύξουν ρεαλιστικές πολυμεσικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων παιχνιδιών που χρησομοποιούν δημοφιλείς μηχανές παιχνιδιών.

Το μάθημα προϋποθέτει έντονο ενδιαφέρον για φυσική, μαθηματικά και προγραμματισμό.

Ενδεικτική Ύλη

Ανακεφαλαίωση

• Βασικά συστατικά παιχνιδιών: Φυσική, Μαθηματικά, Αριθμητικές Μέθοδοι, Σχεδίαση και Υλοποίηση.
• Σημεία και γραμμές, συστήματα συντεταγμένων, αποστάσεις μεταξύ σημείων και σχημάτων — εφαρμογές στον εντοπισμό συγκρούσεων.
• Τριγωνομετρία.

Πράξεις διανυσμάτων και πινάκων

• Φυσικά μεγέθη: βαθμωτά & διανυσματικά.
• Γεωμετρικοί μετασχηματισμοί: Μεταφορά, Κλιμάκωση, Περιστροφή και συνδυασμός τους.

Κίνηση Άκαμπτων Σωμάτων (Rigid Body Motion)

• Ταχύτητα, Επιτάχυνση, νόμοι του Νεύτωνα, Δυνάμεις: βαρύτητα, ελατήριο, τριβή, ροπή.
• Ροπές ορμής (γραμμική & στροφορμή), κέντρο μάζας, τανυστές αδράνειας, έργο, ενέργειες (κινητική, δυναμική), νόμοι διατήρησης.

Περιστροφική Κίνηση και Δυναμική

• Κίνηση άκαμπτου σώματος
• Δυναμική κατά Newton και Lagrange.
• Εξισώσεις για σωματίδια και συστήματα σωματιδίων.
• Συντηρητικές και μη συντηρητικές δυνάμεις.

Εντοπισμός και Διαχείριση Συγκρούσεων (Collision Detection & Handling)

• Σχετικά θέματα Γραμμικής Άλγεβρας και Υπολογισμού.

Αριθμητικές Μέθοδοι

• Μέθοδοι Euler, Taylor, Runge-Kutta, Extrapolation Methods.
• Ζητήματα αριθμητικής σταθερότητας.

Θέματα Game Engines

• Ροές εργασίας, Μοντέλα, Περιβάλλοντα, Shaders, Υφές, Εφέ, Μοντέλα Φωτισμού, Διαφάνεια, Scripting, κ.ά.

Βιβλιογραφία

1. “Beginning Math and Physics for Game Programmers – 3rd ed”, W. Stahler, New Riders, 2004, ISBN 978-0735713901
2. “Physics for Game Developers – 2nd ed”, D. M. Bourg, O’Reilly, 2013, ISBN 978-1-449-39251-2
3. “Physics for Game Programmers”, G. Palmer, A.Press, 2005, ISBN 1-59059-472-X
4. “Mathematics for Game Developers”, C. Tremblay, Thomson, 2004, ISBN 1-59200-038-X
5. “Game Physics, Second Edition”, D. H. Eberly, Morgan Kaufmann, 2010, ISBN 978-0123749031
6. Selected Articles & other readings from the current bibliography