El juego «Una velocidad de la luz más lenta» del MIT afirma simular los efectos de relatividad especial:
Los efectos visuales de la relatividad especial se hacen evidentes gradualmente para el jugador, aumentando el desafío del juego. Estos efectos, representados en tiempo real con precisión de vértice, incluyen el efecto Doppler (desplazamiento de la luz visible al rojo y azul y desplazamiento de la luz infrarroja y ultravioleta al espectro visible); el efecto del reflector (aumento de brillo en la dirección de la marcha); dilatación del tiempo (diferencias en el paso del tiempo percibido por el jugador y el mundo exterior); Transformación de Lorentz (deformación del espacio a velocidades cercanas a la de la luz); y el efecto de tiempo de ejecución (la capacidad de ver los objetos como eran en el pasado, debido al tiempo de viaje de la luz).
Pero restringir el renderizado motor a la relatividad especial ¿no se pierden varios efectos que podrían ocurrir cerca de la velocidad de la luz? Especialmente estoy pensando en los efectos relacionados con la inercia y la aceleración / rotación del observador. Entonces, ¿faltan algunos efectos importantes que harían del juego una simulación aún más realista del movimiento cercano a la velocidad de la luz?
Comentarios
- Excelente pregunta y gracias por el enlace. Yo ‘ voy a ver esa este fin de semana. Después de Devil ‘ s Tuning Fork, he estado tratando de encontrar juegos con diferentes reglas de percepción. devilstuningfork.com
- @RoryAlsop Si te gusta la geometría diferente, también hay HyperRogue III (un juego de pícaro en un plano hiperbólico). Disfruto jugando mucho.
- Este artículo explica que la relatividad especial es perfectamente autoconsistente con respecto a la aceleración y la rotación: ‘ s solo que las matemáticas se vuelven más complejas en inerti todos los sistemas que aceleran / rotan.
Respuesta
He jugado el juego, vea mi informe:
y yo únete a M. Buettner. Estoy seguro de que se incorporan todos los efectos relativistas. Incluye la contracción de la longitud en la dirección del movimiento, la dilatación del tiempo, pero esas cosas básicas cambian rápidamente por el hecho de que realmente muestra lo que «ves» y no lo que «hay» en un valor fijo de tu coordenada instantánea $ t «$.
Entonces, los efectos que son» puramente ópticos «y dependen de la propagación de la luz y los efectos relativistas que la cambian incluyen el desplazamiento Doppler relativista: las cosas cambian de color inmediatamente cuando se cambia la velocidad aunque el cambio de su ubicación es insignificante al principio, y la reducción de las direcciones transversales si se está moviendo hacia adelante (o su expansión si se mueve hacia atrás), lo que hace que el objeto se vea «más lejos» (ópticamente más pequeño) si se está moviendo hacia adelante. Debido a este encogimiento, puede ver efectivamente «detrás de su cabeza». También verá las cosas como se veían hace algún tiempo.
Debido al encogimiento transversal, también verá las líneas rectas como curvas si su velocidad es lo suficientemente alto. También se debe ver Oiga que los tranvías que se mueven delante de usted de izquierda a derecha «giran a lo largo de un eje vertical». No pude verificar este efecto, pero no veo ninguna razón para pensar que su simulación debería hacerlo incorrectamente.
Buen juego. Ver también Relatividad en tiempo real y Velocity Raptor . Puedes acceder a esas fuentes de mi blog mencionado en la parte superior.
Sin embargo, estoy seguro de que Los comentarios «relativistas generales» son hombres de paja. Si el espacio-tiempo es plano, y en ausencia de campos gravitacionales fuertes, no hay razón para que la simulación adecuada deba considerar la relatividad general. el niño (y las otras estrellas del juego) están acelerando. Por supuesto, la aceleración «desgarra» los objetos sólidos porque las longitudes adecuadas cambian asimétricamente, etc. pero si el material es lo suficientemente flexible, los objetos sobreviven.
Comentarios
- Velocity Raptor es (también) genial, gracias por compartir.
- Acerca de su último párrafo: No he ‘ t visto la simulación, pero ¿no ‘ t un impulso tan alto también significaría que se debe considerar la GR, en lugar de la gravedad newtoniana?
Respuesta
Hay algunos problemas serios con el juego. Ojalá me hubiera enterado en 2012, cuando podría haber alguna esperanza de solucionarlos. También desearía que Luboš Motl hubiera notado los problemas en 2012.
Creo que la simulación de aberración es correcta. Es difícil saber sobre la dilatación del tiempo y el retraso del tiempo de viaje de la luz porque, para empezar, no está sucediendo mucho en el mundo del juego.
El mayor problema es que la simulación de desplazamiento Doppler es ridículamente incorrecto.
Aquí «una captura de pantalla del juego:
Aquí» una captura de pantalla similar tomada en reposo, a la que aplicó un » degradado Doppler » utilizando el código de desplazamiento Doppler de Backlight, el trazador de rayos 4D:
Ciertamente no tomaría la segunda imagen como definitiva, pero cualitativamente está mucho más cerca de cómo debería verse el juego. Los objetos blancos iluminados por la luz de las estrellas tienen aproximadamente un espectro de cuerpo negro, por lo que cuando Doppler cambió deben ser rojo, blanco o azul , nunca verde o violeta. Los objetos con colores desaturados deben aparecer como arco iris desaturados (mira el suelo, que es azul pálido en reposo). Y el brillo debe aumentar suavemente mientras miras de derecha a izquierda.
El juego no es de código abierto, pero el sombreador de desplazamiento Doppler sí lo es, así que tomé Échale un vistazo.
Funciona adivinando un espectro de luz (representado como una suma de gaussianos en el espacio de longitud de onda) a partir de los componentes RGB de la textura, escalando por el factor de desplazamiento Doppler, convolviéndolo con aproximaciones de las funciones de coincidencia de color XYZ (también sumas de gaussianos), y luego convierte XYZ a RGB. Eso es razonable.
El primer problema es que en lugar de adivinar un espectro amplio que se aproxima a un cuerpo negro solar cuando el color es gris / blanco, adivinan picos estrechos a 463 nm, 550 nm y 615 nm. Eso solo no es realista, y es la razón de todos los colores extraños en la mitad derecha de la captura de pantalla.
Los colores brillantes de la izquierda se deben a otra extraña decisión de diseño. Junto con RGB, admiten Canales de color IR y UV que se pueden ver sólo cuando son Doppler desplazados al rango visible, lo cual es una buena idea. Pero «son de nuevo picos agudos en el espectro, y las texturas controlan la longitud de onda de los picos, mientras que las amplitudes son fijas. Para UV, elige una longitud de onda de 0 nm a 380 nm (efectivamente un rango infinito), mientras que para IR» s 700nm a 1100nm (menos de un rango de 2: 1). La razón por la que ves brillantes arcoíris RGB en cada textura cuando se cambia al azul, pero no cuando se cambia al rojo, no tiene nada que ver con la física. Es porque puede poner el pico obligatorio de UV a 0 nm donde nunca será visible, pero no puede ocultar el pico de IR obligatorio.
La escala de brillo también parece estar mal. Multiplican el ancho de los gaussianos por el factor de desplazamiento al rojo, que escala la energía integrada por el mismo factor, luego lo dividen por el factor de desplazamiento al rojo al cubo. Como resultado, su ley de Stefan-Boltzmann es $ σT ^ 2 $ en lugar de $ σT ^ 4 $ . Deberían haberse dividido por la quinta potencia.
También parece haber problemas con el código de conversión de espectro a RGB: el arco iris de la izquierda tendría franjas ROYGBIV, no solo RGB, si se convierte correctamente.
Otro problema menor es que parecen calcular los efectos en función de la fuerza con la que estás presionando el joystick, no de la rapidez con la que te mueves. Por ejemplo, los fantasmas en movimiento aparecen rojo / azul cuando estás parado, pero si te paras frente a uno y dejas que te empuje, permanece en azul aunque ahora está estacionario en relación contigo, y no hay efectos de movimiento en el el fondo a pesar de que se está moviendo. El desplazamiento rojo / azul de los fantasmas tampoco parece cambiar a medida que la velocidad de la luz disminuye ostensiblemente.
El » lo que «está pasando » suplemento al final (también descargable en formato Powerpoint desde el sitio web) tiene algunos errores.
La luz también se comporta como una corriente de partículas llamadas fotones. Cuando corres hacia una corriente de fotones, te golpean más fotones y el objeto se vuelve más brillante. Este efecto también se conoce como aberración relativista.
Primero, estos efectos son clásicos, por lo que la cuantificación es irrelevante. En segundo lugar, el aumento de la tasa de absorción de fotones solo representa una pequeña parte del brillo. incrementar. En tercer lugar, la aberración se refiere a un cambio de ángulo, no a que te golpeen más fotones.
En esta diapositiva también hay una imagen titulada » moviéndose hacia la izquierda, la los objetos de la izquierda son más brillantes que los objetos de la derecha «, aunque eso no es cierto en la imagen (que es similar a la imagen en la parte superior de esta respuesta) . Debería ser cierto, por supuesto. Es difícil para mí entender cómo nunca, en ningún momento del desarrollo, se dieron cuenta de que su sombreador tenía errores debido a su salida loca.
Tienes que estar mucho más cerca de la velocidad de la luz para notar los efectos más dramáticos de la Transformación de Lorentz en comparación con los efectos Doppler y Searchlight. Al final del juego, los efectos Doppler y Searchlight se eliminan para que la Transformación de Lorentz sea más fácil de ver.
Aquí dicen » Transformación de Lorentz » pero parece significar una aberración. La transformación de Lorentz no es un » efecto «; es solo una forma de convertir entre sistemas de coordenadas. Los sistemas de coordenadas no tienen sentido y no afectan lo que ves.
Los objetos que normalmente se encuentran más allá de tu campo de visión pueden volverse visibles cuando te mueves cerca de la velocidad de la luz , como los ve como eran en el pasado.
Sí, los ve como eran en el pasado, pero los ve en el mismo pasado tiempo sin importar qué tan rápido se esté moviendo (los relojes mostrarán la misma lectura independientemente de su velocidad, por ejemplo). Su campo de visión se ensancha cuando avanza debido a la aberración, que se entiende más fácilmente como un efecto local debido al movimiento de su cámara / ojo, como se ve aquí .
