物理演算とは？PCの中の世界はどうなっているのか

• 人工知能学科

人工知能学科の臼井です！

皆さんはゲーム好きでしょうか？

どんどん新しいタイトルが発売されていますが、学生の話を聞いていると、据え置き機ならスプラトゥーンやゼルダの伝説、FPSなどのPCゲームならAPEX LegentsやValorantが人気のようです。

ところで、あのような現実世界さながらのゲーム映像はどのようにして作られるのでしょうか？

その答えは『物理演算』にあります！

物理現象は全部、方程式で表せる！※諸説あります

高いところからボールを落とすと、ボールは下方向に落下していきますね。

このとき、ボールの速度は徐々に速くなって落ちていきます。このボールの速度は

v=v_0+gt （ v ：速度、 v_0 ：初速度、 g ：重力加速度、 t ：時刻）

という方程式で求めることができます。

初速度というのは、時刻を計測し始めた瞬間の速度と考えます。もし、手を離した瞬間の速度が0ならば v_0=0 となるので、先ほどの方程式は、

v=gt というシンプルな形になります。重力加速度 g=9.8[m/s2] とすれば、

ですね。時刻が進むごとに速度が上がっていくことが明らかになりました。

では・・・

100mのタワーからボールを落とすと何秒後に地面に落ちる？

方程式を応用すれば、100mのタワーからボールを落としたとき、何秒後に地面に落ちるか計算で求めることができます！

それがこちらの方程式↓

※この問題では空気抵抗等の他の要素は考えないものとします

ちょっとややこしくなりました。ポイントは左辺が v ではなく、 x となっている点です。

今回も手をそっと離して初速度を0（ v_0=0 ）とすれば先ほどの方程式は、

大体4.5秒後になるとのことです！

物理演算で確認してみよう！

PCの中でシミュレーションをして、本当に100mのタワーからボールを落とすと4.5秒後に地面に落ちるか確かめてみましょう。

その結果・・・

見事に4.5秒かけて落下しました！

実はこのシミュレーターこそが、物理演算を利用しているのです！

実際にボールが落下し始めた瞬間から、ボールの速度や方向、重力加速度の大きさを用いてシミュレーションを行っています。

※「演算」とは、単に数値計算を行うことを指す言葉です。方程式を変形したりすることとはちょっと違います。

物理演算で未来を予測する

物理演算の仕組みを使えば（正しく方程式が立てることができれば）ある物体が何時間後、何日後にどこにいるかも計算で分かります。

宇宙探査機のような、途方もない距離や時間をかけて移動するものも、全て計算によって計画され、また制御されていると考えると、とてもロマンを感じますね！

大阪ハイテクの人工知能学科では、3Dの物理演算ソフトを使ってロボットを設計したり、シミュレーター上でAIを実装してロボットを自律制御させる授業も行っています🤖

オープンキャンパスではPCを用いた体験実習もご用意しておりますので、興味のある方は遊びにきてくださいね！