Physics engine
فزکس انجن ایک کمپیوٹر سافٹ ویئر ہے جو کمپیوٹر گرافکس، ویڈیو گیمز اور فلم (سی جی آئی) کے ڈومینز میں استعمال ہونے والے بعض فزیکل سسٹمز، جیسے سخت باڈی ڈائنامکس (بشمول تصادم کا پتہ لگانے)، سافٹ باڈی ڈائنامکس، اور فلوئڈ ڈائنامکس کا تخمینہ تخروپن فراہم کرتا ہے۔ ان کے بنیادی استعمال ویڈیو گیمز میں ہوتے ہیں (عام طور پر مڈل ویئر کے طور پر)، اس صورت میں تخروپن حقیقی وقت میں ہوتے ہیں۔ یہ اصطلاح بعض اوقات جسمانی مظاہر کی تقلید کے لیے کسی بھی سافٹ ویئر سسٹم کو بیان کرنے کے لیے زیادہ عام طور پر استعمال ہوتی ہے، جیسے کہ اعلی کارکردگی والے سائنسی تخروپن۔ طبیعیات کے انجنوں کی عام طور پر دو کلاسیں ہوتی ہیں: حقیقی وقت اور اعلی صحت سے متعلق۔ اعلی صحت سے متعلق طبیعیات کے انجنوں کو بہت درست طبیعیات کا حساب لگانے کے لیے زیادہ پروسیسنگ پاور کی ضرورت ہوتی ہے اور عام طور پر سائنس دان اور کمپیوٹر سے متحرک فلمیں استعمال کرتی ہیں۔ ریئل ٹائم فزکس انجن-جیسا کہ ویڈیو گیمز اور انٹرایکٹو کمپیوٹنگ کی دیگر شکلوں میں استعمال ہوتا ہے-گیم پلے کے لیے مناسب شرح پر جواب دینے کے لیے وقت پر حساب لگانے کے لیے آسان حسابات اور کم درستگی کا استعمال کرتے ہیں۔ طبیعیات کا انجن بنیادی طور پر ایک بڑا کیلکولیٹر ہے جو طبیعیات کی تقلید کے لیے درکار ریاضی کرتا ہے۔ سائنسی انجن پہلے عام مقصد والے کمپیوٹرز میں سے ایک، ENIAC، کو ایک بہت ہی آسان قسم کے طبیعیات کے انجن کے طور پر استعمال کیا جاتا تھا۔ اس کا استعمال بیلسٹک ٹیبلز کو ڈیزائن کرنے کے لیے کیا گیا تھا تاکہ امریکی فوج کو یہ اندازہ لگانے میں مدد ملے کہ مختلف زاویوں اور بارود کے چارج پر فائر کیے جانے پر مختلف بڑے پیمانے کے توپ خانے کے گولے کہاں اتریں گے، یہ بھی ہوا کی وجہ سے ہونے والے بہاؤ کا سبب بنتا ہے۔ نتائج کا حساب صرف ایک بار لگایا گیا تھا، اور توپ خانے کے کمانڈروں کو حوالے کی گئی طباعت شدہ میزوں میں ٹیبل کیا گیا تھا۔ طبیعیات کے انجن عام طور پر 1980 کی دہائی سے سپر کمپیوٹرز پر کمپیوٹیشنل فلوئڈ ڈائنامکس ماڈلنگ انجام دینے کے لیے استعمال ہوتے رہے ہیں، جہاں ذرات کو فورس ویکٹر تفویض کیے جاتے ہیں جو گردش کو ظاہر کرنے کے لیے مل جاتے ہیں۔ رفتار اور اعلی درستگی کی ضروریات کی وجہ سے، حساب کو تیز کرنے کے لیے ویکٹر پروسیسرز کے نام سے جانے جانے والے خصوصی کمپیوٹر پروسیسرز تیار کیے گئے تھے۔ تکنیکوں کو موسم کی پیش گوئی میں موسمی نمونوں کا نمونہ بنانے، ہوا اور واٹر کرافٹ یا موٹر گاڑیوں بشمول ریس کاروں کو ڈیزائن کرنے کے لیے ونڈ ٹنل ڈیٹا، اور ہیٹ سنک کو بہتر بنانے کے لیے کمپیوٹر پروسیسرز کی تھرمل کولنگ کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ کمپیوٹنگ میں حساب سے بھرے بہت سے عمل کی طرح، تخروپن کی درستگی کا تعلق تخروپن کے حل اور حساب کی درستگی سے ہے۔ تخروپن میں ماڈل نہ کیے گئے چھوٹے اتار چڑھاؤ پیش گوئی شدہ نتائج کو تیزی سے تبدیل کر سکتے ہیں۔ ٹائر بنانے والے طبیعیات کے تخروپن کا استعمال یہ جانچنے کے لیے کرتے ہیں کہ ٹائر ٹریڈ کی نئی اقسام گیلی اور خشک حالات میں کس طرح کارکردگی کا مظاہرہ کریں گی، مختلف لچک کے نئے ٹائر مواد کا استعمال کرتے ہوئے اور وزن کی لوڈنگ کی مختلف سطحوں کے تحت۔ گیم انجن زیادہ تر کمپیوٹر گیمز میں، پروسیسرز کی رفتار اور گیم پلے تخروپن کی درستگی سے زیادہ اہم ہیں۔ یہ طبیعیات کے انجنوں کے لیے ڈیزائن کی طرف لے جاتا ہے جو حقیقی وقت میں نتائج پیدا کرتے ہیں لیکن جو حقیقی دنیا کی طبیعیات کو صرف سادہ صورتوں کے لیے اور عام طور پر کچھ تخمینے کے ساتھ نقل کرتے ہیں۔ زیادہ تر اکثر، تخروپن ایک حقیقی تخروپن کے بجائے "ادراکی طور پر درست" تخمینہ فراہم کرنے کے لیے تیار کیا جاتا ہے۔ تاہم کچھ گیم انجن، جیسے ماخذ، پہیلیوں میں یا جنگی حالات میں طبیعیات کا استعمال کرتے ہیں۔ اس کے لیے زیادہ درست طبیعیات کی ضرورت ہوتی ہے تاکہ، مثال کے طور پر، کسی شے کی رفتار کسی رکاوٹ کو دستک دے سکے یا ڈوبنے والی شے کو اٹھا سکے۔ ماضی میں جسمانی طور پر مبنی کردار حرکت پذیری میں صرف سخت جسمانی حرکیات کا استعمال کیا جاتا تھا کیونکہ ان کا حساب لگانا تیز اور آسان ہوتا ہے، لیکن جدید کھیل اور فلمیں سافٹ باڈی فزکس کا استعمال کرنا شروع کر رہی ہیں۔ سافٹ باڈی فزکس کا استعمال ذرہ اثرات، مائع اور کپڑے کے لیے بھی کیا جاتا ہے۔ محدود سیال حرکیات تخروپن کی کچھ شکلیں بعض اوقات پانی اور دیگر مائعوں کے ساتھ ساتھ ہوا کے ذریعے آگ اور دھماکوں کے بہاؤ کی تقلید کے لیے فراہم کی جاتی ہیں۔ گیمز میں تصادم کا پتہ لگانے والی اشیاء کھلاڑی، ماحول اور ایک دوسرے کے ساتھ تعامل کرتی ہیں۔ عام طور پر، گیمز میں زیادہ تر تھری ڈی آبجیکٹ کی نمائندگی دو الگ الگ میش یا شکلوں سے کی جاتی ہے۔ ان میشوں میں سے ایک انتہائی پیچیدہ اور تفصیلی شکل ہے جو کھیل میں کھلاڑی کو نظر آتی ہے، جیسے کہ خوبصورت مڑے ہوئے اور لوپنگ ہینڈلز والا گلدان۔ رفتار کے مقصد کے لیے، ایک دوسرا، آسان پوشیدہ جال طبیعیات کے انجن میں شے کی نمائندگی کرنے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے تاکہ طبیعیات کا انجن مثال کے طور پر گلدان کو ایک سادہ سلنڈر کے طور پر پیش کرے۔ اس طرح گلدان پر ہینڈل کے سوراخوں کے ذریعے چھڑی ڈالنا یا پروجیکٹائل فائر کرنا ناممکن ہوگا، کیونکہ طبیعیات کے انجن کا ماڈل سلنڈر پر مبنی ہوتا ہے اور ہینڈلز سے بے خبر ہوتا ہے۔ طبیعیات کی پروسیسنگ کے لیے استعمال ہونے والی آسان میش کو اکثر تصادم جیومیٹری کہا جاتا ہے۔ یہ ایک باؤنڈنگ باکس، دائرہ، یا کنویکس ہل ہو سکتا ہے۔ انجن جو باؤنڈنگ باکسز یا باؤنڈنگ گولوں کو تصادم کا پتہ لگانے کے لیے حتمی شکل کے طور پر استعمال کرتے ہیں انہیں انتہائی آسان سمجھا جاتا ہے۔ عام طور پر ایک باؤنڈنگ باکس کا استعمال براڈ فیز تصادم کا پتہ لگانے کے لیے کیا جاتا ہے تاکہ ممکنہ تصادم کی تعداد کو کم کیا جا سکے اس سے پہلے کہ تصادم کا پتہ لگانے کے تنگ مرحلے میں میش تصادم کا پتہ لگانے پر مہنگی میش کی جائے۔ مجرد تصادم کا پتہ لگانے میں درستگی کے ایک اور پہلو میں فریمریٹ، یا فی سیکنڈ وقت میں لمحات کی تعداد شامل ہے جب طبیعیات کا حساب لگایا جاتا ہے۔ ہر فریم کو دوسرے تمام فریموں سے الگ سمجھا جاتا ہے، اور فریموں کے درمیان کی جگہ کا حساب نہیں لگایا جاتا ہے۔ ایک کم فریمریٹ اور ایک چھوٹی سی تیز رفتار حرکت پذیر شے ایسی صورتحال کا سبب بنتی ہے جہاں شے خلا میں آسانی سے حرکت نہیں کرتی بلکہ اس کے بجائے خلا میں ایک نقطہ سے دوسرے مقام پر ٹیلی پورٹ ہوتی دکھائی دیتی ہے کیونکہ ہر فریم کا حساب لگایا جاتا ہے۔ کافی تیز رفتار سے چلنے والے پروجیکٹائل اہداف سے محروم ہو جائیں گے، اگر ہدف اتنا چھوٹا ہو کہ تیز رفتار حرکت پذیر پروجیکٹائل کے حساب شدہ فریموں کے درمیان کے فرق میں فٹ ہو جائے۔ اس خامی پر قابو پانے کے لیے مختلف تکنیکوں کا استعمال کیا جاتا ہے، جیسے کہ سیکنڈ لائفز میں تیر کے طور پر پروجیکٹس کی نمائندگی جس میں غیر مرئی ٹریلنگ دم ہوتی ہے جو فریموں کے فرق سے لمبی ہوتی ہے اور کسی بھی ایسی چیز سے ٹکرا جاتی ہے جو حساب شدہ فریموں کے درمیان فٹ ہو سکتی ہے۔ اس کے برعکس، مسلسل تصادم کا پتہ لگانے جیسے کہ بلٹ یا ہووک میں اس مسئلے کا سامنا نہیں ہوتا ہے۔ سافٹ باڈی ڈائنامکس باؤنڈنگ باکس پر مبنی سخت باڈی فزکس سسٹم استعمال کرنے کا ایک متبادل ایک محدود عنصر پر مبنی سسٹم استعمال کرنا ہے۔ اس طرح کے نظام میں، تھری ڈی آبجیکٹ کا ایک تھری ڈایمنشنل، والیومیٹرک ٹیسیلشن بنایا جاتا ہے۔ ٹیسلیشن کے نتیجے میں متعدد محدود عناصر ہوتے ہیں جو شے کی جسمانی خصوصیات کے پہلوؤں کی نمائندگی کرتے ہیں جیسے سختی، پلاسٹکیت، اور حجم کا تحفظ۔ ایک بار تعمیر ہونے کے بعد، محدود عناصر کو حل کرنے والے کے ذریعہ تھری ڈی آبجیکٹ کے اندر تناؤ کا نمونہ بنانے کے لیے استعمال کیا جاتا ہے۔ تناؤ کو اعلی درجے کی حقیقت پسندی اور انفرادیت کے ساتھ فریکچر، اخترتی اور دیگر جسمانی اثرات کو چلانے کے لیے استعمال کیا جا سکتا ہے۔ جیسے جیسے ماڈل والے عناصر کی تعداد میں اضافہ ہوتا ہے، انجن کی جسمانی رویے کو ماڈل بنانے کی صلاحیت میں اضافہ ہوتا ہے۔ تھری ڈی آبجیکٹ کی بصری نمائندگی کو سی پی یو یا جی پی یو پر چلنے والے ڈیفارمیشن شیڈر کے استعمال کے ذریعے محدود عنصر کے نظام کے ذریعے تبدیل کیا جاتا ہے۔ پرفارمنس اوور ہیڈ اور تھری ڈی آرٹ آبجیکٹ سے باہر محدود عنصر کی نمائندگی پیدا کرنے کے لیے ٹولز کی کمی کی وجہ سے فائنائٹ عنصر پر مبنی سسٹم گیمز میں استعمال کے لیے ناقابل عمل رہے تھے۔ والیومیٹرک ٹیسلیشنز کو تیزی سے تخلیق کرنے کے لیے اعلی کارکردگی کے پروسیسرز اور ٹولز کے ساتھ، گیمز میں ریئل ٹائم محدود عنصر کے نظام کا استعمال شروع ہوا، جس کا آغاز اسٹار وارز: دی فورس انلیشڈ سے ہوا جس نے لکڑی، اسٹیل، گوشت اور پودوں کی اخترتی اور تباہی کے اثرات کے لیے ڈیجیٹل مالیکیولر میٹر کا استعمال کیا۔ ڈاکٹر جیمز او برائن نے اپنے پی ایچ ڈی مقالے کے ایک حصے کے طور پر تیار کردہ الگورتھم کا استعمال کرتے ہوئے۔ براؤنین حرکت حقیقی دنیا میں طبیعیات ہمیشہ فعال رہتی ہے۔ ہماری کائنات میں تمام ذرات کے لیے براؤنین موشن جٹر مستقل ہے کیونکہ قوتیں ایک دوسرے کے خلاف آگے پیچھے دھکیلتی ہیں۔ گیم فزکس انجن کے لیے، اس طرح کی مستقل فعال درستگی غیر ضروری طور پر محدود سی پی یو پاور کو ضائع کر رہی ہے، جو فریمریٹ میں کمی جیسے مسائل کا سبب بن سکتی ہے۔ اس طرح، کھیل ان اشیاء پر طبیعیات کے حساب کو غیر فعال کر کے اشیاء کو "نیند" میں ڈال سکتے ہیں جنہوں نے ایک مخصوص وقت کے اندر ایک خاص فاصلہ طے نہیں کیا ہے۔ مثال کے طور پر، تھری ڈی ورچوئل ورلڈ سیکنڈ لائف میں، اگر کوئی شے فرش پر آرام کر رہی ہے اور شے تقریبا دو سیکنڈ میں کم سے کم فاصلے سے آگے نہیں بڑھتی ہے، تو اس شے کے لیے طبیعیات کے حسابات کو غیر فعال کر دیا جاتا ہے اور یہ اپنی جگہ پر منجمد ہو جاتا ہے۔ شے اس وقت تک منجمد رہتی ہے جب تک کہ طبیعیات کی پروسیسنگ کسی اور فعال جسمانی شے کے ساتھ تصادم کے بعد شے کے لیے دوبارہ فعال نہ ہو جائے۔ ویڈیو گیمز کے لیے طبیعیات کے انجنوں میں عام طور پر دو بنیادی اجزاء ہوتے ہیں، ایک تصادم کا پتہ لگانے/تصادم کے ردعمل کا نظام، اور متحرک تخروپن جزو جو مصنوعی اشیاء کو متاثر کرنے والی قوتوں کو حل کرنے کے لیے ذمہ دار ہوتا ہے۔ جدید طبیعیات کے انجنوں میں سیال تخروپن، حرکت پذیری کنٹرول سسٹم اور اثاثہ انضمام کے اوزار بھی شامل ہو سکتے ہیں۔ ٹھوسوں کے جسمانی تخروپن کے لیے تین بڑے نمونے ہیں: سزا کے طریقے، جہاں تعاملات کو عام طور پر ماس اسپرنگ سسٹم کے طور پر بنایا جاتا ہے۔ اس قسم کا انجن ڈیفارمیبل، یا سافٹ باڈی فزکس کے لیے مقبول ہے۔ رکاوٹوں پر مبنی طریقے، جہاں رکاوٹوں کی مساوات کو حل کیا جاتا ہے جو جسمانی قوانین کا اندازہ لگاتے ہیں۔ امپلس پر مبنی طریقے، جہاں آبجیکٹ انٹرایکشن پر امپلس کا اطلاق ہوتا ہے۔ آخر میں، ہائبرڈ طریقے ممکن ہیں جو مندرجہ بالا نمونوں کے پہلوؤں کو یکجا کرتے ہیں۔ حدود طبیعیات کے انجن حقیقت پسندی کی ایک بنیادی حد الگورتھم کے سست ارتکاز کی وجہ سے رکاوٹوں کے حل اور تصادم کے نتیجے کا تخمینہ شدہ نتیجہ ہے۔ بہت کم تعدد پر شمار کیے جانے والے تصادم کا پتہ لگانے کے نتیجے میں اشیاء ایک دوسرے سے گزر سکتی ہیں اور پھر غیر معمولی اصلاحی قوت سے پسپا ہو سکتی ہیں۔ دوسری طرف، رد عمل قوت کے تخمینہ شدہ نتائج عام پروجیکٹڈ گاؤس سیڈل سالور کے سست ارتکاز کی وجہ سے ہوتے ہیں جس کے نتیجے میں غیر معمولی اچھال پیدا ہوتی ہے۔ کسی بھی قسم کی آزاد حرکت پذیر مرکب طبیعیات کا آبجیکٹ اس مسئلے کا مظاہرہ کر سکتا ہے، لیکن یہ خاص طور پر ہائی ٹینشن کے تحت چین لنکس، اور فعال طور پر جسمانی اثر والی سطحوں والی پہیوں والی اشیاء کو متاثر کرنے کا شکار ہے۔ اعلی درستگی پوزیشنل/فورس کی غلطیوں کو کم کرتی ہے، لیکن حساب کے لیے زیادہ سی پی یو پاور کی ضرورت کی قیمت پر۔ فزکس پروسیسنگ یونٹ (پی پی یو) ایک مخصوص مائکرو پروسیسر ہے جو طبیعیات کے حسابات کو سنبھالنے کے لیے ڈیزائن کیا گیا ہے، خاص طور پر ویڈیو گیمز کے فزکس انجن میں۔ پی پی یو میں شامل حسابات کی مثالوں میں سخت جسم کی حرکیات، نرم جسم کی حرکیات، تصادم کا پتہ لگانے، سیال کی حرکیات، بالوں اور کپڑوں کا تخروپن، محدود عنصر کا تجزیہ، اور اشیاء کا فریکچر شامل ہو سکتے ہیں۔ خیال یہ ہے کہ خصوصی پروسیسرز کمپیوٹر کے سی پی یو سے وقت طلب کاموں کو آف لوڈ کرتے ہیں، بالکل اسی طرح جیسے جی پی یو مرکزی سی پی یو کی جگہ گرافکس آپریشن انجام دیتا ہے۔ یہ اصطلاح ایجیا کی مارکیٹنگ نے صارفین کے لیے اپنی فز ایکس چپ کو بیان کرنے کے لیے بنائی تھی۔ سی پی یو-جی پی یو سپیکٹرم میں کئی دیگر ٹیکنالوجیز میں کچھ خصوصیات مشترک ہیں، حالانکہ ایجیا کا حل واحد مکمل حل تھا جسے خصوصی طور پر پی پی یو کے طور پر ایک نظام کے اندر ڈیزائن، مارکیٹنگ، سپورٹ اور رکھا گیا تھا۔ گرافکس پروسیسنگ یونٹ (جی پی جی پی یو) پر جنرل پرپز کمپیوٹنگ فزکس پروسیسنگ کے لیے ہارڈ ویئر ایکسلریشن اب عام طور پر گرافکس پروسیسنگ یونٹس کے ذریعے فراہم کیا جاتا ہے جو زیادہ عام کمپیوٹیشن کی حمایت کرتے ہیں، ایک تصور جسے جنرل پرپز کمپیوٹنگ آن گرافکس پروسیسنگ یونٹس (جی پی جی پی یو) کہا جاتا ہے۔ اے ایم ڈی اور این وی آئی ڈی اے اپنے جدید ترین گرافکس کارڈز پر سخت باڈی ڈائنامکس کمپیوٹیشن کے لیے مدد فراہم کرتے ہیں۔ این ویڈیا کی جی فورس 8 سیریز کوانٹم ایفیکٹس ٹیکنالوجی نامی جی پی یو پر مبنی نیوٹنین فزکس ایکسلریشن ٹیکنالوجی کو سپورٹ کرتی ہے۔ این ویڈیا سی یو ڈی اے (کمپیوٹ یونیفائیڈ ڈیوائس آرکیٹیکچر) ٹیکنالوجی کے لیے ایک ایس ڈی کے ٹول کٹ فراہم کرتا ہے جو جی پی یو کو نچلے اور اعلی درجے کے اے پی آئی دونوں پیش کرتا ہے۔ ان کے جی پی یوز کے لیے، اے ایم ڈی ایک ایسا ہی ایس ڈی کے پیش کرتا ہے، جسے کلوز ٹو میٹل (سی ٹی ایم) کہا جاتا ہے، جو ایک پتلی ہارڈ ویئر انٹرفیس فراہم کرتا ہے۔ فز ایکس طبیعیات کے انجن کی ایک مثال ہے جو دستیاب ہونے پر جی پی جی پی یو پر مبنی ہارڈ ویئر ایکسلریشن کا استعمال کر سکتا ہے۔ انجن ریئل ٹائم فزکس انجن اوپن سورس ایڈوانسڈ سیمولیشن لائبریری-اوپن سورس ہارڈ ویئر ایکسلریڈ ملٹی فزکس سیمولیشن سافٹ ویئر باکس 2 ڈی بلٹ چپ منک فزکس انجن-2 ڈی فزکس انجن نیوٹن گیم ڈائنامکس اوپن ڈائنامکس انجن پی اے ایل (فزکس ابسٹرکشن لیئر)-ایک یکساں اے پی آئی جو متعدد فزکس انجنوں فزکس ایکس پروجیکٹ کرونو کو سپورٹ کرتا ہے-ملٹی فزکس ایپلی کیشنز کے لیے ایک اوپن سورس سیمولیشن انجن۔ سکونوس ماڈلنگ اور رابطہ، اثر اور کولمب کے رگڑ ایس او ایف اے (سیمولیشن اوپن فریم ورک آرکیٹیکچر) ٹوکامک فزکس انجن پبلک ڈومین فائیز (ڈیکس فائیز)-2.5 ڈی فزکس سمیلیٹر/ایڈیٹر کے ساتھ مکینیکل سسٹمز کا تخروپن۔ بند ماخذ/محدود مفت تقسیم ڈیجیٹل مالیکیولر میٹر ہیوک افراتفری بذریعہ ایپک گیمز ورٹیکس بذریعہ CMLabs سمیلیشنز AGX ملٹی فزکس بذریعہ الگوریکس سمیلیشن AB الگوڈو بذریعہ الگوریکس سمیلیشن AB روبیکون بذریعہ والو کارپوریشن ہائی سپیسیشن فزکس انجن ویزسم-لینیر اور نان لائنر ڈائنامکس کے لیے بصری سمیلیشن انجن یہ بھی دیکھیں گیم فزکس ریگڈول فزکس پروسیجرل اینیمیشن رگڈ باڈی ڈائنامکس سافٹ باڈی ڈائنامکس فزکس پروسیسنگ یونٹ سیل مائکرو پروسیسر لینیر تکمیل مسئلہ امپلس/رکاوٹ فزکس انجنوں کو ملٹی پوائنٹ تصادم کو سنبھالنے کے لیے اس طرح کے مسائل کے حل کے لیے ایک حل کنندہ کی ضرورت ہوتی ہے۔ فائنائٹ عنصر تجزیہ حوالہ جات مزید پڑھنے کے لیے بورگ، ڈیوڈ ایم۔ (2002) فزکس فار گیم ڈویلپرز۔ او ریلی اینڈ ایسوسی ایٹس۔ بیرونی روابط کمپیوٹر گرافکس ویڈیو گیم ڈویلپمنٹ ویڈیو کلپس پر مشتمل مضامین