bullet物理引擎与OpenGL结合 导入3D模型进行碰撞检测 以及画三角网格的坑

原文作者：aircraft

原文链接：https://www.cnblogs.com/DOMLX/p/11681069.html

 

 

 

 

一.初始化世界以及模型

/// 冲突配置包含内存的默认设置，冲突设置。高级用户可以创建自己的配置。
btDefaultCollisionConfiguration* collisionConfiguration = new btDefaultCollisionConfiguration();

/// 使用默认的冲突调度程序。对于并行处理，您可以使用不同的分派器(参见Extras/BulletMultiThreaded)
btCollisionDispatcher* dispatcher = new    btCollisionDispatcher(collisionConfiguration);

/// btDbvtBroadphase是一种很好的通用的两步法碰撞检测。你也可以尝试btAxis3Sweep。
btBroadphaseInterface* overlappingPairCache = new btDbvtBroadphase();

/// 默认约束求解器。对于并行处理，您可以使用不同的解决程序(参见Extras/BulletMultiThreaded)
btSequentialImpulseConstraintSolver* solver = new btSequentialImpulseConstraintSolver;
    
btDiscreteDynamicsWorld* dynamicsWorld =
new btDiscreteDynamicsWorld(dispatcher,overlappingPairCache,solver,collisionConfiguration);
    
dynamicsWorld->setGravity(btVector3(0,-10,0));

上面看起来很多麻烦的东西，但是其实我们都不需要看，也不需要理解，拿到dynamicsWorld这个指针就行了，它用于表示刚体碰撞的世界。后面有很多设置都是关于他的，setGravity(btVector3(0,-10,0));这个就是设置一下他的重力为10N/kg.

 

二.导入3D模型

　　在导入3d模型前，我们要学会怎么去画三角网格，或者说凸壳，我在写这个导入3D模型碰撞检测的程序的时候，真的是在网上找不到什么有用的资料，头都快裂开了！！！

　　Bullet里面有内置很多常规的3维模型画法，比如长方体，圆，正方体之类的，并不能给我带来什么启发和用处，因为导入一个3D模型，比如OBJ文件，就是要把一个个的三角网格画出来，最后成为一个3D模型。

2.1三角片面碰撞模型
2.1对于复杂的碰撞模型，需要用三角片面来模拟。
静态碰撞模型，对于大地，房屋等物体。可以用静态的三角片面来模拟。
btBvhTriangleMeshShape 静态的三角片面模型
构建方法
btBvhTriangleMeshShape (btStridingMeshInterface *meshInterface, bool useQuantizedAabbCompression, bool buildBvh=true)

示例代码
btTriangleMesh* trimesh = new btTriangleMesh();
bool useQuantization = true;
btCollisionShape* concaveShape = new btBvhTriangleMeshShape(trimesh,useQuantization); //凹的三角片面碰撞模型
startTransform.setOrigin(convexDecompositionObjectOffset);
localCreateRigidBody(0.f,startTransform,concaveShape); //质量不能设置为非0，btBvhTriangleMeshShape似乎只能用在静态的场景中。

相关类
btTriangleMesh 一个方便的存储三角片面数据的类，接口简单
通过
void addTriangle (const btVector3 &vertex0, const btVector3 &vertex1, const btVector3 &vertex2, bool removeDuplicateVertices=false)
来为片面增加三角形，这个函数不会检查相同顶点的冗余

2.2动态的碰撞模型
btGImpactMeshShape 该类可以构建一个动态的三角片面碰撞模型
构建方法
btGImpactMeshShape (btStridingMeshInterface *meshInterface) 通过传入三角片面数据来构建
使用该类时，一是在构建该类后要调用updateBound()。二是要在dispatcher中注册该类的碰撞算法，

示例代码如下：
btGImpactMeshShape * trimesh = new btGImpactMeshShape(indexVertexArrays); //构建形状
trimesh->setLocalScaling(btVector3(4.f,4.f,4.f));
trimesh->updateBound();
m_trimeshShape = trimesh;

//register algorithm
btCollisionDispatcher * dispatcher = static_cast(m_dynamicsWorld ->getDispatcher());
btGImpactCollisionAlgorithm::registerAlgorithm(dispatcher); //注册算法，如果不注册算法的话，会出现问题，如相同的模型不能发生碰撞

相关类
btTriangleIndexVertexArray 储存三角片面数据
btTriangleIndexVertexArray (int numTriangles, int *triangleIndexBase, int triangleIndexStride, int numVertices, btScalar *vertexBase, int vertexStride)
通过制定三角形顶点数组和三角形索引数组的地址，以及每组数据大小来构建。所以类中不会实际含有片面数据。使得三角片面数据可以与渲染部分的代码共用。
// create trimesh
btTriangleIndexVertexArray* indexVertexArrays = new btTriangleIndexVertexArray(NUM_TRIANGLES, //片面数据
&gIndices[0][0],
3*sizeof(int),
NUM_VERTICES,(REAL*) &gVertices[0],sizeof(REAL)*3);

2.3其他类
btConvexHullShape 一个凸体模型的类，构建一个凸体。而构建这个凸体的方法十分简单——往这个类加顶点就可以了
btConvexHullShape (const btScalar *points=0, int numPoints=0, int stride=sizeof(btVector3))
void addPoint (const btVector3 &point)
示例
btConvexHullShape* convexShape = new btConvexHullShape(); //用桌子的点集构建了一个凸的碰撞模型，虽然桌子是凹的
for (i=0;inumVertices();i++)
{
convexShape->addPoint(hull->getVertexPointer()[i]); //这个模型只需要加如点就可以了
}

 

 

最后我也是使用了btConvexHullShape，这个类来导入3D模型。上面动态那个也可以进行碰撞检测，我也试过了。静态那个就不行了，因为不会动。

 

3.读取3D模型的数据

 这里的话就不详细说了，可以看我前面几篇opengl导入3D模型的博客。

然后我们用btConvexHullShape类将我们读取的模型数据导入，构造出来我们的物体。

代码如下：

void InitObject()
{
    

    
    ReadPIC();//读取3D模型内部数据存储在m_pic结构体
    btTriangleMesh* tMesh = new btTriangleMesh();
    
    int k = 0;
    for (int i = 0; i < m_pic.F.size(); i++)
    {
        points[k++].setValue(m_pic.V[m_pic.F[i].V[0]].X / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[0]].Y / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[0]].Z / YU);
        points[k++].setValue(m_pic.V[m_pic.F[i].V[1]].X / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[1]].Y / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[1]].Z / YU);
        points[k++].setValue(m_pic.V[m_pic.F[i].V[2]].X / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[2]].Y / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[2]].Z / YU);

    }
    btScalar mass(10.f);

    // 刚体是动态的如果且仅当质量为非零时，否则是静止的

    btConvexHullShape * collisionShape = new btConvexHullShape((btScalar*)points, m_pic.F.size()*3);
    btDefaultMotionState* groundMotionState = new btDefaultMotionState(btTransform(btQuaternion(0, 0, 0, 1), btVector3(0, 1000, 0)));
    bool isDynamic = (mass != 0.f);

    btVector3 localInertia(0, 0, 0);
    if (isDynamic)
        collisionShape->calculateLocalInertia(mass, localInertia);
    btRigidBody::btRigidBodyConstructionInfo rbInfo(mass, groundMotionState, collisionShape, localInertia);
    body = new btRigidBody(rbInfo);
    //body->setCollisionFlags(body->getCollisionFlags() | btCollisionObject::CF_KINEMATIC_OBJECT);
    //body->setActivationState(4);

    mp_btDynamicsWorld->addRigidBody(body);

    

    /*
    //init ground
    btCollisionShape *groundShape = new btBoxShape(btVector3(1000, 0.5, 1000)); //half size

    btVector3 groundpos = btVector3(0, 0, 0);
    btQuaternion groundrot(0, 0, 0, 1);
    btDefaultMotionState* groundMotion = new btDefaultMotionState(btTransform(groundrot, groundpos));
    ground = new btRigidBody(0.0, groundMotion, groundShape);//mass = 0 means it is a static object
    btScalar rest = btScalar(1);
    ground->setRestitution(rest);//设置碰撞反弹系数  默认为0
    mp_btDynamicsWorld->addRigidBody(ground);
    */
    //init ground
    btConvexHullShape *groundShape = new btConvexHullShape((btScalar*)points, m_pic.F.size() * 3);

    btVector3 groundpos = btVector3(0, 0, 0);
    
    btDefaultMotionState* groundMotion = new btDefaultMotionState(btTransform(btQuaternion(0, 0, 0, 1), btVector3(0, 0, 0)));
    ground = new btRigidBody(0.0, groundMotion, groundShape);//mass = 0 means it is a static object
    btScalar rest = btScalar(1);
    ground->setRestitution(rest);//设置碰撞反弹系数  默认为0
    mp_btDynamicsWorld->addRigidBody(ground);
    
}

 

三.进行碰撞检测

　　3.1碰撞反馈

　　既然要进行碰撞检测，那么碰撞时，程序就要告诉我们，物体进行碰撞了，然后我们要怎么去处理这个碰撞。。。

　　那怎么获取碰撞时的信息呢？

　　

int numManifolds = mp_btDynamicsWorld->getDispatcher()->getNumManifolds();
    for (int i = 0; i < numManifolds; i++)
    {
        btPersistentManifold * contactManifold = mp_btDynamicsWorld->getDispatcher()->getManifoldByIndexInternal(i);
        int numContacts = contactManifold->getNumContacts();
        if (numContacts > 0)
        {
            cout << "碰撞" << endl;
        }
    }

 

我们可以获取两个对象的接触点，如果存在接触点，并且还大于0，那么此时肯定是碰撞了，我们就可以对这个碰撞进行处理。

这个代码可以放在update 或者render或者display绘制里都可以。

3.2碰撞检测模型绘制

　　这时候我们准备工作都已经做好了，就可以在自己的绘制display函数里将3D模型绘制出来。

if (motion)delete motion;
    //motion = new btDefaultMotionState(btTransform(btQuaternion(1, 1, 0, 1), btVector3(0, 100, 0)));
    //body->setMotionState(motion);
    btTransform trans = body->getWorldTransform();

    //trans.setOrigin(btVector3(0.0f, 400, 0.0f));
    //trans.setRotation(btQuaternion(1, 1, 0, 1));
    //body->getMotionState()->setWorldTransform(trans);
    //body->getMotionState()->
    btScalar m[16];
    trans.getOpenGLMatrix(m);
    glColor3f(0, 0, 1);
    glPushMatrix();
    glMultMatrixf((GLfloat*)m);
    //glTranslated(0, -400, 0);
    
    //glutSolidCube(400);
    for (int i = 0; i < m_pic.F.size(); i++)
    {
        glBegin(GL_TRIANGLES);                            // 绘制三角形
        if (m_pic.VT.size() != 0)glTexCoord2f(m_pic.VT[m_pic.F[i].T[0]].TU, m_pic.VT[m_pic.F[i].T[0]].TV);  //纹理    
        if (m_pic.VN.size() != 0)glNormal3f(m_pic.VN[m_pic.F[i].N[0]].NX, m_pic.VN[m_pic.F[i].N[0]].NY, m_pic.VN[m_pic.F[i].N[0]].NZ);//法向量
        glVertex3f(m_pic.V[m_pic.F[i].V[0]].X / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[0]].Y / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[0]].Z / YU);        // 上顶点

        if (m_pic.VT.size() != 0)glTexCoord2f(m_pic.VT[m_pic.F[i].T[1]].TU, m_pic.VT[m_pic.F[i].T[1]].TV);  //纹理
        if (m_pic.VN.size() != 0)glNormal3f(m_pic.VN[m_pic.F[i].N[1]].NX, m_pic.VN[m_pic.F[i].N[1]].NY, m_pic.VN[m_pic.F[i].N[1]].NZ);//法向量
        glVertex3f(m_pic.V[m_pic.F[i].V[1]].X / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[1]].Y / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[1]].Z / YU);        // 左下

        if (m_pic.VT.size() != 0)glTexCoord2f(m_pic.VT[m_pic.F[i].T[2]].TU, m_pic.VT[m_pic.F[i].T[2]].TV);  //纹理
        if (m_pic.VN.size() != 0)glNormal3f(m_pic.VN[m_pic.F[i].N[2]].NX, m_pic.VN[m_pic.F[i].N[2]].NY, m_pic.VN[m_pic.F[i].N[2]].NZ);//法向量
        glVertex3f(m_pic.V[m_pic.F[i].V[2]].X / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[2]].Y / YU, m_pic.V[m_pic.F[i].V[2]].Z / YU);        // 右下
        glEnd();                                        // 三角形绘制结束    
    }
    glPopMatrix();
    int numManifolds = mp_btDynamicsWorld->getDispatcher()->getNumManifolds();
    for (int i = 0; i < numManifolds; i++)
    {
        btPersistentManifold * contactManifold = mp_btDynamicsWorld->getDispatcher()->getManifoldByIndexInternal(i);
        int numContacts = contactManifold->getNumContacts();
        if (numContacts > 0)
        {
            cout << "碰撞到地面" << endl;
        }
    }
    //ground
    btTransform transg = ground->getWorldTransform();
    //trans.setOrigin(btVector3(0.0f, 400, 0.0f));
    //trans.setRotation(btQuaternion(1, 1, 0, 1));
    //body->getMotionState()->setWorldTransform(trans);
    //body->getMotionState()->
    /*
    btScalar mg[16];
    transg.getOpenGLMatrix(mg);

    glColor3f(0, 1, 0);
    glPushMatrix();
    glMultMatrixf((GLfloat*)mg);
    */
    glPushMatrix();
    glScalef(1, 0.0005, 1);
    //glScalef(1, 1, 1);
    glutSolidCube(2000); //size
   
    glPopMatrix();

 

 

四.结果

　　我们可以看看这个项目的运行过程和结果图：

 

兔子模型在进行自由落体，下面是一个地板。

 

 

 

 

 

地板颜色给我换了一下，兔子又下落了点距离。

 

 

 

 

 

 

当兔子接触到地面时，我们将碰撞检测的结果打印出来， 这里也就是简单的打印 碰撞到了地面。

 

 

 

 

可以看到我们的兔子模型，碰撞到地面之后，遵循现实物理规则，被反弹起来一点，然后砸歪了。

 

 

 

 

 

 

本项目源码获得可以添加后台小编微信发送：本文章标题———源码  获取：

　　可微信扫码关注本人公众号，里面会不定期的分享各种编程教程，和共享源码，诸如研究分享关于c/c++,python,前端，后端，opencv,halcon,opengl,机器学习深度学习之类有关于基础编程，图像处理和机器视觉开发的知识