Cascadeur: Das Problem der fallenden Katze

Jeder weiß, dass eine Katze immer auf vier Beinen landet, egal wie sie geworfen wird. Diese Frage wurde lange Zeit von Physikern beschäftigt, und es wurden mehrere Modelle für den Erfolg dieser Katze vorgeschlagen. Alle diese Modelle sind ungefähre Angaben und normalerweise auf Zylinder beschränkt. Das Team von Cascadeurs physikbasiertem Animationsprogramm versuchte jedoch, einen Katzenwechsel an einem detaillierteren physikalischen Modell zu simulieren.

Früher dachten die Physiker, dass eine Katze ihre Rotation im Voraus berechnen kann und es zu Beginn eines Sturzes schafft, richtig zu schieben und den anfänglichen Drehimpuls zu erfassen. Experimente haben jedoch gezeigt, dass die Katze auch dann noch überrollt, wenn die Katze an den Pfoten an den Seilen aufgehängt und dann scharf geschnitten wird.

Anscheinend ist dies ein besonderer Reflex bei Katzen - sie machen unbewusst die richtige Bewegung, wenn sie die Unterstützung verlieren und falsch im Raum ausgerichtet sind. Zwar verursacht dieser Reflex in der Schwerelosigkeit einen Fehler :) Aber selbst in der Schwerelosigkeit ist klar, dass Katzen mit ihren Bewegungen ihre Ausrichtung im Raum ändern können.

Wir haben uns entschlossen, diesen Katzentrick in Cascadeur zu spielen. Unser physisches Modell einer Katze ermöglicht es uns, ihre Bewegung ausreichend detailliert zu simulieren.



Das Hauptproblem beim Drehen von Katzen besteht darin, dass die Katze ohne Drehpunkte ihren Drehimpuls nicht ändern kann . Wenn der Drehimpuls anfänglich Null ist, bleibt er weiter Null.

Früher dachten wir, dass Katzen sich auf Kosten des Schwanzes drehen - sie drehen den Schwanz in eine Richtung, und aus diesem Grund dreht sich der Körper in die entgegengesetzte Richtung, wobei der gesamte Drehimpuls Null bleibt. Dies ist eine logische Idee, aber es scheint, dass ein Schwanz nicht ausreicht - Videos von echten Experimenten zeigen, dass Katzen etwas Komplizierteres tun. Außerdem kann sich eine Katze ohne Schwanz umdrehen.

Es stellt sich heraus, dass Physiker zu unterschiedlichen Zeiten unterschiedliche Lösungen für dieses Problem angeboten haben.

Zum Beispiel schlug L. Lekorn 1894 ein Modell vor, bei dem eine Katze aus zwei Zylindern besteht, die sich in einem Winkel zueinander drehen. Dies wurde von der wissenschaftlichen Gemeinschaft kaum bemerkt, aber später wurde diese Idee 1935 von den niederländischen Forschern Rademaker und Braque entwickelt.

In Experimenten fällt auf, dass die Katze den Oberkörper in der Mitte biegt. Sie können sich die vordere und hintere Körperhälfte einer Katze als zwei Zylinder vorstellen, die sich entlang ihrer Achsen drehen können. Wenn zwischen den Achsen der Zylinder ein Winkel besteht, wird durch Drehen entlang ihrer Achsen eine allgemeine Kompensationsdrehung in die entgegengesetzte Richtung erzeugt, so dass der Gesamtdrehimpuls Null bleibt.

Wir haben versucht, dies mit unserer Säbelzahnkatze in Cascadeur zu reproduzieren.



Aber egal wie wir den Körper beugen, wir konnten keine 180-Grad-Drehung erreichen. Für eine solche Bewegung drehte die Katze maximal 120 Grad. Wir kamen zu dem Schluss, dass diese Bewegung allein nicht ausreicht.

Ebenfalls beliebt bei Physikern ist das von M. Guillau vorgeschlagene Modell unter Berücksichtigung der Straffung der Pfoten. Wenn Sie zuerst auf die Vorderbeine drücken, die Hinterbeine ausstrecken und die vordere Körperhälfte entlang der Achse relativ zur hinteren Hälfte drehen, dreht sich die vordere Hälfte aufgrund des Unterschieds in den Trägheitsmomenten mehr als die hintere Hälfte in die entgegengesetzte Richtung. Danach ist es möglich, die Hinterbeine festzuziehen, die Vorderbeine zu strecken und die hintere Körperhälfte relativ zur Vorderseite zu drehen, um in den Ausgangszustand zurückzukehren. Dann wird die hintere Hälfte größer als die vordere und die Endposition der Katze wird gedreht, obwohl der Gesamtdrehimpuls immer Null geblieben ist .

Dieses Modell scheint logisch, aber die wichtige Frage bleibt: Warum streckt eine Katze normalerweise nur ein Vorder- und ein Hinterbein, obwohl es rentabler wäre, zwei Vorder- und dann zwei Hinterbeine gleichzeitig zu strecken?

Beim sorgfältigen Studium des Videos haben wir festgestellt, dass die Katze nicht nur eine Vorderpfote und ein Hinterbein ausstreckt, sondern sie in entgegengesetzte Richtungen harkt.

Unser physikalisches Modell ist detaillierter als nur zwei Körper. Darin können Sie die komplexe Bewegung der Pfoten reproduzieren.

Nachdem wir mit diesem Pfotenharken experimentiert hatten, erhielten wir einen unerwartet starken Beitrag dieser Pfotenbewegung zum Umbruch der Katze. Wenn Sie Körperbeugung und Rechenpfoten verwenden, reicht dies aus, damit sich die Katze um 180 Grad oder mehr dreht.







Im Experiment haben wir den Schwanz fast nicht benutzt, da unsere Säbelzahnkatze einen sehr kleinen Schwanz hat. Aber im Leben harken Katzen ihre Füße ein wenig weniger und beugen den Körper weniger, und sie liefern wirklich einen Teil des Putsches mit ihrem Schwanz.

Insgesamt kamen wir zu dem Schluss, dass Katzen mehrere Prinzipien gleichzeitig anwenden. Die Biegung des Körpers hat den größten Beitrag, an zweiter Stelle im Beitrag wird durch die Pfoten geharkt, und der Schwanz hilft auch.

Vielleicht sind unsere Experimente nicht auf wissenschaftliche Arbeit ausgerichtet, aber wir hoffen, dass Sie interessiert waren und besser verstehen, wie die Katze diesen Trick erfolgreich durchführt. Gerne beantworten wir Ihre Fragen in den Kommentaren.

Erfahren Sie mehr über Cascadeur:

Cascadeur: Die Zukunft der Spielanimation
Cascadeur: Vorhersage der Charakterposen um sechs Punkte

Das Banzai Games-Team benötigt einen Senior Unity Developer. Lesen Sie mehr über die Vakanz hier .