Spillet «En lavere hastighet på lyset» fra MIT hevder å simulere effekter av spesiell relativitetsteori:
Visuelle effekter av spesiell relativitet blir gradvis tydelige for spilleren, og øker utfordringen med spillingen. Disse effektene, gjengitt i sanntid til toppunktnøyaktigheten, inkluderer dopplereffekten (rød- og blåskifting av synlig lys, og forskyvning av infrarødt og ultrafiolett lys inn i det synlige spekteret); søkelyseffekten (økt lysstyrke i kjøreretningen); tidsutvidelse (forskjeller i opplevd tid fra spilleren og omverdenen); Lorentz-transformasjon (vridning av rommet ved nærlyshastigheter); og kjøretidseffekten (evnen til å se objekter som de var på grunn av lysets reisetid).
Men begrenser gjengivelsen motor til spesiell relativitet ikke gå glipp av flere effekter som kan skje nær lysets hastighet? Spesielt tenker jeg på effekter relatert til treghet og akselerasjon / rotasjon av observatøren. Er det noen viktige effekter som mangler som vil gjøre spillet til en enda mer realistisk simulering av bevegelsen nær lysets hastighet?
Kommentarer
- Utmerket spørsmål – og takk for lenken. Jeg ‘ skal se på den i helgen. Etter Devil ‘ s Tuning Fork har jeg prøvd å finne spill med forskjellige oppfatningsregler. devilstuningfork.com
- @RoryAlsop Hvis du liker forskjellig geometri, er det også HyperRogue III (et useriøst spill på et hyperbolsk plan). Jeg liker å spille det mye.
- Denne artikkelen forklarer at spesiell relativitet er helt selvkonsistent med hensyn til akselerasjon og rotasjon – den ‘ er bare at matematikken blir mer kompleks på inerti alle systemer som akselererer / roterer.
Svar
Jeg har spilt spillet, se rapporten min:
og jeg bli med M. Buettner. Jeg er trygg på at alle relativistiske effekter er innarbeidet. Den inkluderer lengdesammentrekning i retning av bevegelse, tidsutvidelse, men de grunnleggende tingene endres raskt av det faktum at det virkelig viser hva du «ser» og ikke hva «er der» til en fast verdi av din øyeblikkelige koordinat $ t «$.
Så effektene som er» rent optiske «og avhenger av forplantningen av lys og relativistiske effekter som endrer det, inkluderer det relativistiske dopplerforskyvningen – ting endrer fargen umiddelbart når du endrer hastigheten, selv om endringen av posisjonen din er ubetydelig i begynnelsen – og krympingen av tverrretningene hvis du beveger deg fremover (eller utvidelsen hvis du beveger deg bakover), noe som får objektet til å se «videre» (optisk mindre) hvis du beveger deg fremover. dette krymper, kan du effektivt se «bak hodet». Du ser også ting hvordan de så ut for en tid siden.
På grunn av den tverrgående krympingen ser du også rette linjer som buede hvis hastigheten din er høyt nok. Man bør også ver hvis sporvognene som beveger seg foran deg fra venstre til høyre, «roteres langs en vertikal akse». Jeg kunne ikke bekrefte denne effekten, men jeg ser ingen grunn til å tro at simuleringen deres burde gjøre det feil.
Bra spill. Se også Sanntidsrelativitet og Velocity Raptor . Du kan komme til disse kildene fra bloggen min som er nevnt øverst.
Jeg er imidlertid sikker på at de «generelle relativistiske» kommentarene er stråmenn. Hvis romtiden er flat, og i fravær av sterke gravitasjonsfelt, er det ingen grunn til at den riktige simuleringen bør vurdere generell relativitet. Spesiell relativitet er nok, til tross for at barnet (og de andre stjernene i spillet) akselererer. Selvfølgelig «raser» akselerasjon faste objekter fordi de riktige lengdene endres asymmetrisk osv., men hvis materialet er fleksibelt nok, overlever objektene.
Kommentarer
- Velocity Raptor er (også) flott, takk for at du delte.
- Om ditt siste avsnitt: Jeg har ikke ‘ t sett simuleringen, men ville ikke ‘ t et så høyt momentum også bety at GR må vurderes, snarere enn Newtons tyngdekraft?
Svar
Det er noen alvorlige problemer med spillet. Jeg skulle ønske jeg hørte om det i 2012 da det kunne ha vært noe håp om å fikse dem. Jeg skulle også ønske at Luboš Motl hadde lagt merke til problemene i 2012.
Jeg tror simuleringen av aberrasjon er riktig. Det er vanskelig å fortelle om tidsutvidelse og forsinkelse med lett reisetid fordi det ikke begynner mye i spillverdenen til å begynne med.
Det største problemet er at Doppler-skift-simuleringen. er latterlig feil.
Her «er et skjermbilde fra spillet:
Her» er en lignende skjermdump tatt i hvile, som jeg brukte en » Dopplergradient » ved hjelp av Doppler-skiftkode fra bakgrunnsbelysning, 4D raytracer:
Jeg ville absolutt ikke tatt det andre bildet som definitivt, men det er kvalitativt mye nærmere hvordan spillet burde se ut. Hvite gjenstander opplyst av stjernelys har omtrent et sort kroppsspektrum, så når Doppler skiftet de skal være røde, hvite eller blå , aldri grønne eller lilla. Objekter med umettede farger skal fremstå som desaturerte regnbuer (se på bakken, som er lyseblå i hvile). Og lysstyrken skal øke jevnt som du ser fra høyre til venstre.
Spillet er ikke åpen kildekode, men Doppler Shift Shader er, så jeg tok en titt på det.
Det fungerer ved å gjette et lysspektrum (representert som en sum av gaussere i bølgelengdeplass) fra RGB-komponentene i teksturen, skalere det med Doppler-skiftfaktoren, og kretser det med tilnærmelser av XYZ fargetilpasningsfunksjonene (også summer av Gaussians), og deretter konvertere XYZ til RGB. Det er rimelig.
Det første problemet er at i stedet for å gjette et bredt spekter som tilnærmer seg et solsvart kropp når fargen er grå / hvit, antar de smale pigger på 463 nm, 550 nm og 615 nm. Det bare er ikke realistisk, og det er grunnen til alle de rare fargene i høyre halvdel av skjermbildet.
De lyse fargene til venstre skyldes en annen merkelig designbeslutning. Sammen med RGB støtter de IR- og UV-fargekanaler som bare kan sees når de er Doppler flyttet inn i det synlige området, noe som er en god idé. Men de «er igjen skarpe pigger i spekteret, og teksturene styrer bølgelengden til piggene, mens amplitudene er faste. For UV velger du en bølgelengde fra 0 nm til 380 nm (effektivt et uendelig område), mens for IR det» s 700 nm til 1100 nm (mindre enn et 2: 1-område). Årsaken til at du ser lyse RGB-regnbuer i hver tekstur når du er blåskiftet, men ikke når du skifter rødt, har ikke noe med fysikk å gjøre. Det skyldes at du kan plassere den obligatoriske UV-spissen på 0 nm der den aldri vil være synlig, men du kan ikke skjule den obligatoriske IR-spissen.
Skalaen for lysstyrke ser også ut til å være feil. De multipliserer bredden på Gausserne med redshift-faktoren, som skalerer den integrerte energien med samme faktor, så deler de med redshift-faktoren i kubikk. Som et resultat er deres Stefan-Boltzmann-lov $ σT ^ 2 $ i stedet for $ σT ^ 4 $ . De burde ha delt den femte makten.
Det ser også ut til å være problemer med spektrum-til-RGB-konverteringskoden – regnbuen til venstre vil ha ROYGBIV-striper, ikke bare RGB, hvis den konverteres riktig.
Et annet lite problem er at de ser ut til å beregne effektene basert på hvor hardt du trykker på styrespaken, ikke hvor fort du faktisk beveger deg. De bevegende spøkelsene virker for eksempel røde / blåskiftede når du står stille, men hvis du står foran en og lar den skyve deg, forblir den blåskiftet, selv om den nå er stasjonær i forhold til deg, og det er ingen bevegelseseffekter på bakgrunnen selv om den beveger seg. Den røde / blå skiftingen av spøkelsene ser heller ikke ut til å endre seg når lysets hastighet tilsynelatende avtar.
» hva som skjer » supplement til slutt (kan også lastes ned i Powerpoint-format fra nettstedet) har noen feil.
Lys oppfører seg også som en strøm av partikler som kalles fotoner. Når du løper mot en strøm av fotoner, treffer flere fotoner deg og objektet blir lysere. Denne effekten er også kjent som Relativistisk aberrasjon.
For det første er disse effektene klassiske, så kvantisering er irrelevant. For det andre utgjør økt hastighet av fotonabsorpsjon bare en liten del av lysstyrken øke. For det tredje refererer aberrasjon til en endring av vinkelen, ikke til at flere fotoner treffer deg.
På dette lysbildet er det også et bilde med bildetekst » som beveger seg til venstre, objekter til venstre er lysere enn objektene til høyre «, selv om det tydeligvis ikke er sant i bildet (som ligner på bildet øverst i dette svaret) . Det burde være sant, selvfølgelig. Det er vanskelig for meg å forstå hvordan de aldri på noe tidspunkt i utviklingen fant ut at skyggen deres var buggy gitt sin sprø produksjon.
Du må være mye nærmere lysets hastighet for å legge merke til de mer dramatiske effektene av Lorentz Transformation sammenlignet med Doppler- og Searchlight-effektene. På slutten av spillet fjernes Doppler- og Searchlight-effektene for å gjøre Lorentz Transformation lettere for deg å se.
Her sier de » Lorentz Transformation » men ser ut til å bety aberrasjon. Lorentz-transformasjonen er ikke en » -effekt «; den er bare en måte å konvertere mellom koordinatsystemer. Koordinatsystemer er meningsløse og påvirker ikke det du ser.
Objekter som normalt ligger utenfor synsfeltet ditt kan bli synlige når du beveger deg nær lysets hastighet , slik du ser dem som de var tidligere.
Ja, du ser dem som de var tidligere, men du ser dem i samme fortid uansett hvor fort du beveger deg (klokker viser for eksempel den samme avlesningen uavhengig av hastigheten din). Synsfeltet ditt utvides når du beveger deg fremover på grunn av aberrasjon, som lettest forstås som en lokal effekt på grunn av bevegelse fra kameraet / øyet ditt, sett her .
