今時のシミュレーションとしてリアル挙動に必要な理論とは

今回は、カーゲームのシミュレーションとしてリアル挙動に必要な理論とは、を考察してみます。

はじめに、カーシミュレーションを掲げるものであれば、サスペンスジオメトリーやタイヤ荷重、タイヤ特性などの計算は既に高度なレベルにあり、適切にパラメータ化されているものがほとんどだと思われます。
何故なら適切に計算されているからこそテレメトリー表示されていると考えられるからです。
但し、表示されない、もしくは表示されていても挙動と合致しないものはサスペンスジオメトリーなどが適切に計算されていなと推測できます。

テレメトリーが表示されていれば、車両の状態と4輪の摩擦力の整合性が確認できるため、シミュレーションに対する説得力に繋がります。

つまり、4輪それぞれの摩擦力の計算に問題ないことが伺えます。

さて、そうだとすれば何故、物理運動として違和感のある挙動のシミュレータが存在するのか？

それは、

一つの物体に対して摩擦力が不規則に変化する点が複数個あり、なおかつ不均一な質量である場合の計算方法が確立されていない、もしくは周知されていないからに他なりません。

それゆえに、

挙動計算の根幹として1番重要なのは、車両として密度が不均一な質量に対して、如何に適切な理論に基づいて「4輪の摩擦力と整合性のある計算」をできるかに尽きるでしよう。

※ここでの摩擦力は(駆動力or制動力)+サイドフォースとします。



仮に、1輪のみのタイヤ特性しか計算していなければそれは一輪車のシミュレーションです。
車のタイヤは4輪ありますので、4輪のタイヤ特性を計算しなければなりません。

タイヤは後輪にもスリップ角が存在するのでその変化により挙動も変化します。
ですから、最低でも前後輪とする2輪モデル以上でないと車両の物理運動としては違和感がでて当然です。

この車両として適切に計算する理論は、車種それぞれの質量分布の違いだけではなく各車輪の摩擦力、車両姿勢や運動速度(ヨーを含む)などの変化に対応するものでなければなりません。
当然ながら、1トンの車の質量を単純に計算するものではありません。
座標についても挙動の再現とすれば単純に重心点とはならないはずです。

可変か固定かは適切な理論から考えれば単純です。


それにしても、密度が均一な球状のシミュレーションなら全く問題無いことが、車両となると摩擦力が4点も存在するだけではなく、あらゆる方向に力が働きかつ強さまで変化することに対応しつつ、さらに密度の不均一な質量と整合性を保たなければならないわけですから難問といえるでしょう。

この難問を解決する方法として、Gサークルから得た情報で挙動特性を表現しようとしたり流体力学を応用する手法などがあるようですが、そもそも流体理論とするものは車両特性である質量が流動的に変化してしまえば、剛体である車両とは異なる挙動になることは論を俟ちません。

論を俟たないはずですが、念のために例を挙げますと、水の入った水槽が車として動いているシミュレーションであり、水の質量をエンジンだとすればエンジンの位置が移動しているのと同じことです。

ですから、一輪のみのタイヤ特性かつ流体力学などの理にかなわない理論を用いて車両シミュレーションをおこなっているのであれば、いつまで経っても完成などしません。泥沼状態で調整を繰り返すのは質量と摩擦力の適切な考え方ができないからに他ならないのです。


操作しているときにG方向により車の中で流体が動いていように感じれば、それは車種やタイヤなどの特性表現とは言えません。

車の挙動ぽく感じるかも知れませんが決定的に物理運動に反している動きが存在します。その反している理由は機会があるときに解説したいと思います。

※粘性や形状に違いがあり、車種により必ずしもG方向に流れるものではないかも知れません。

ちなみに、2輪モデルすらシミュレーションできていないとすれば、質量についての考え方が正しく理解できていないと推察できます。

この適切な計算理論は知ってしまえば、それほど難問でないことがわかり反対に不適切な理論で車両の挙動に近づける方が遠回りになるのは明らかです。

それは適切な理論の物理計算自体は単純だからです。

手品と同じで種を明かせば、そんなことかと思う技術は世の中散見されるのではないでしょうか？

手間とすれば、この理論に必要な実測値をパラメータ化することですが、それも精度次第で仮に適当なものでも物理運動として不自然な挙動にはならないでしょう。

実測値を得る方法もアイデア次第ですし、

『なにより実測値を基にしたパラメータでシミュレーションして、その結果を実測値と整合し確認するのですから、これほど理にかなう方法は考えられません。』

だからこそ、感覚補正などは不要となり処理がシンプルになるのです。

これで2輪モデルの考え方はおよそ想像できると思います。
他方、4輪モデルの場合はもう少し攻略する理論があります。
その理論に辿り着ければ、今までの方法が時代に合わないことがわかるのではないでしょうか。

但し、最終的に行き当たるのはリアルな操作感を持たせることですが、この理論を正しく理解してさらに操作も特殊なスキルを持ち合わせている人が居ないと本末転倒になるでしょう。

追記

タイヤの特性について、メーカーからのデータ提供の話を聞きますが、タイヤメーカーがドリフトを想定したホイールスピン中のスピン量や荷重変化による横力のデータなんて調べているのでしょうか？？

煙モクモクで計測しているところは、あまりにシュール過ぎてとても想像できません。

あそこはこの理論を知る機会をなくしてあの方法に妄信しているようですね。

アップデートしている内容は粘度の調整などかな？と想像したりします。

実際に操作はしてませんので適当な動画をみて感じるだけですが⋯