Cascadeur: O problema do gato que cai

Todo mundo sabe que um gato sempre cai sobre quatro pernas, não importa como seja jogado. Esta questão há muito tempo é ocupada por físicos, e vários modelos foram propostos para o êxito desse gato. Todos esses modelos são aproximados e geralmente são limitados a cilindros. No entanto, a equipe do programa de animação baseado em física da Cascadeur tentou modelar a virada de um gato em um modelo físico mais detalhado.

Os físicos costumavam pensar que um gato pode calcular sua rotação com antecedência e, no início de uma queda, consegue empurrar corretamente, adquirindo o momento angular inicial. Mas as experiências mostraram que, mesmo que o gato seja suspenso pelas patas nas cordas e depois as corte com força, ele ainda consegue rolar.

Aparentemente, esse é um reflexo especial dos gatos - eles inconscientemente fazem o movimento correto quando perdem o apoio e são orientados incorretamente no espaço. É verdade que, na gravidade zero, esse reflexo gera uma falha :) Mas mesmo na gravidade zero, fica claro que os gatos podem mudar de orientação no espaço com seus movimentos.

Decidimos tentar fazer esse truque de gato em Cascadeur. Nosso modelo físico de gato nos permite modelar seu movimento com detalhes suficientes.



O principal problema de virar um gato é que, sem um ponto de apoio, o gato não pode mudar seu momento angular . Se inicialmente o momento angular é zero, ele permanecerá zero ainda mais.

Costumávamos pensar que os gatos estão girando às custas da cauda - eles torcem a cauda em uma direção e, por causa disso, o corpo gira na direção oposta, mantendo o momento angular total zero. Essa é uma idéia lógica, mas parece que uma cauda não é suficiente - vídeos de experiências reais mostram que os gatos fazem algo mais complicado. Além disso, um gato pode rolar sem cauda.

Acontece que físicos em diferentes épocas ofereceram soluções diferentes para esse problema.

Por exemplo, em 1894, L. Lekorn propôs um modelo em que um gato consiste em dois cilindros que giram em ângulo entre si. Isso quase não foi percebido pela comunidade científica, mas mais tarde, em 1935, essa idéia foi desenvolvida pelos pesquisadores holandeses Rademaker e Braque.

Em experimentos, é perceptível que o gato dobra o torso no meio. Você pode imaginar as metades dianteira e traseira do corpo de um gato como dois cilindros que podem girar ao longo de seus eixos. Se houver um ângulo entre os eixos dos cilindros, girá-los ao longo de seus eixos criará uma rotação de compensação geral na direção oposta, de modo que o momento angular total permaneça zero.

Tentamos reproduzir isso com nosso gato com dentes de sabre em Cascadeur.



Mas não importa como dobramos o corpo, não conseguimos atingir uma curva de 180 graus. Para um desses movimentos, o gato girou no máximo 120 graus e chegamos à conclusão de que esse movimento por si só não é suficiente.

Também popular entre os físicos é o modelo proposto por M. Guillau, levando em consideração o aperto das patas. Se você pressionar primeiro as pernas dianteiras, estender as pernas traseiras e girar a metade frontal do corpo ao longo do eixo em relação à metade traseira, devido à diferença nos momentos de inércia, a metade frontal girará mais do que a metade traseira girará na direção oposta. Depois disso, é possível apertar as patas traseiras, estender as patas dianteiras e girar a metade traseira do corpo em relação à frente, retornando ao estado inicial, depois a metade traseira girará mais que a frente e a posição final do gato será girada, apesar de o momento angular total sempre ter permanecido zero .

Esse modelo parece lógico, mas a questão importante permanece: por que um gato geralmente estica apenas uma parte da frente e uma das patas traseiras, embora seja mais lucrativo esticar duas da frente e depois duas das patas ao mesmo tempo?

Estudando cuidadosamente o vídeo, notamos que o gato não apenas estica uma pata frontal e uma traseira, mas as coloca em direções opostas.

Nosso modelo físico é mais detalhado do que apenas dois sólidos. Nele você pode reproduzir o movimento complexo das patas.

Tendo experimentado esse arranhar de patas, recebemos uma contribuição inesperadamente forte desse movimento de patas para o golpe de um gato. Se você usar a flexão do corpo e as patas, é suficiente para o gato girar 180 graus ou mais.







No experimento, quase não usamos a cauda, ​​já que nosso gato com dentes de sabre tem uma cauda muito pequena. Mas na vida, os gatos batem um pouco menos os pés e dobram menos o corpo, e parte do golpe realmente fornece a cauda.

No total, chegamos à conclusão de que os gatos usam vários princípios ao mesmo tempo. A curvatura do corpo tem a maior contribuição; em segundo lugar, a contribuição é o ajuntamento das patas e a cauda também ajuda.

Talvez nossos experimentos não sejam atraídos para o trabalho científico, mas esperamos que você tenha se interessado e entendido melhor como o gato consegue esse truque. Teremos o maior prazer em responder perguntas nos comentários.

Saiba mais sobre o Cascadeur:

Cascadeur: o futuro da animação em jogos
Cascadeur: o personagem de previsão coloca seis pontos

na equipe Banzai Games requer o Senior Unity Developer. Leia mais sobre a vaga aqui .