PhysX物理引擎（入门教程）

一、安装
在国际上,出名的物理引擎有Havok，Vortex，ODE，Novodex，Takamak等等,其中ode是一个免费开源的物理引擎，而Novodex就是PhysX的前身,被Ageia收购之后,改名为PhysX，是一个可以免费用于非商品用途的引擎。在这里选用PhysX来作为入门教程，主要是因为,它的帮助比较丰富,而且开发包可以免费获得。



关于PhysX sdk的安装.首先要进入http://support.ageia.com下载SDK，网站http://support.ageia.com下載安裝文件.請注意的是Ageia的SDK只对注册用户开放下载。注册是免费的，但好像要经过审核才会开通，不过一般都会通过的。我注册的时候好像是第二天才收到开通邮件。有两个安装文件是必须下载的System Software.exe和PhysX 2.3.3 SDK Core.exe前一个是底层驱动,后一个是程序内核,最新的SDK是2.4.1,但是只针对商业客户开放。对于初学者来说,最好把PhysX 2.3.3 SDK Training Pragrams.exe也一起下载，里面包含了从初级到高级的一系列教程，对学习这个引擎很有帮助。把所有东西下载下来之后，接着是安装了,安装很简单,一路next下去就可以了,但是为了让VC中设置方便一点,建设把PhysX 2.3.3 SDK Core.exe的安装路径改短一点,例如我的就是安装在D:/PhysX中。



安装好了之后,后开始对VC编译环境进行设置。



首先,在Tools→Options→Directories→Inclund Fik中加入以下目录.

D:/PhysX/SDKS/Physics/include

D:/PhysX/SDKS/Founddation/include

D:/PhysX/SDKS/PhysXLoader/include

然后在…àLibrary Fiks中加入以下目录：

D:/PhysX/sdks/LIB/Win32



以上用到的“D:/PhysX”指的是sdk安装目录,以你机器中的安装路径为准,本教程的示例程序用到了opengl和glut作为渲染引擎,你的计算机如何没有安装glut库,那也请先到www.opengl.org上www.opengl.org下载一个安装上去。在这里就不打算深入讨论glut了，没有基础的朋友可以先自学一下。



二.、PhysX概述
首先来介绍一下PhysX编程的几个术语以及它们之间的相互联系。

1. Scene场景：就像演员表演都需要一个舞台一样, PhysX的所有物理运动都在这个scene中进行。

2. Actor角色：在场景中,所有参与运算的实体都是一个角色或许我这样表达不是很正确,大家慢慢体会吧!

3. bosy刚体：用来记录物体之间世界交互的各种系数,如速度,阻尼等.

4. shape形状：描述和表达某一角色的外形,PhysX中提供4种基本形状，盒子，球，胶囊以及平面。



从上面图可以看到，PhysX编程其实很简单,首先,定义各种不同的角色（actor）,然后指定每个角色的形状（shape）属性和刚体（body）属性，最后是把这些角色都加入到场景（scene）空间中去,这样就可以构造出一个完整的物理世界。下面我将详细描述编程的步骤.

三.编程实现
1.创建scene,



NxsceDesc sceneDesc:

SceneDesc.grauity ＝ gDefaultGravity;//指定重力加速度(-9.81f)

SceneDesc.broadphase ＝ NX_BROADPHASE_COHERENT;

SceneDesc.collisionDetection＝ true; //是否开启碰撞检测

Gscene ＝gPhysicsSDK→createScene(sceneDesc);



首先我们要创建一个场景的描述(Descriptor)，PhysX SDK就利用这个场景描述结构来创建生成一个场景实例.

描述(Descriptor)在整个SDK编程过程中,会被广泛地使用。描述其实就是一个数据结构,主要是用来保存各种在创建实体时所需要的相关信息。你可以调整描述体中各种参数来达到不同的效果,当然你可以不作任何修改,这样的话实体在创建时会使用描述体的默认值。



在本例子中,我们创建一个指定了重力加速以及碰撞检测算法的场景实例。PhysX SDK中提拱了三种碰撞检测算法提拱给大家选择.这里选用的是“broad phase-coheret collison detoction”。



2.给场景（scene）增加物理材质（Materials）



物理材质指的是某一具体物体的表面属性和碰撞属性,这些属性可以确定一个物体和另一个物体发生碰撞时，是如何在该的物体上反弹,滑动或者滚动的。



你可以给场景中的所有物体指定一个相同的默认物理材质。



//创建默认材质

Nxmaterial* defaultMaterial=gscene → getMaterialFromIndex（0）;

Default Material→setRestitution（0.9）;//还原系数为0的时候没有还原.

DefaultMaterial→setStaticFriction（0.5）;//静摩擦系数.

DefaultMaterial→setDynamicFricfion（0.5）;//动摩擦系数.



以上材质的系数最小值都是0,最大值是1，如果要实现一个物体落在地上会自动弹跳,那就得把还原系数设得大一点。



3.创建地面



在本程序例子中,只有两个角色实体,地面和盒子.我们首先来看如何创建地面.



NxPlane shapeDesc planeDesc;

NxActorDesc actorDesc;

actorDesc.shapes.pushBack（&phane Desc）;

gscene→createActor（AcforDesc）;



创建一个地面角色,这可能是角色创建的最简单的方法了,只用到了四行代码,首先分别创建一个平面形状描述和角色描述,两个描述都不作任何修改,也就是使用它们的默认值.平面的中心位于世界坐标原点（0,0,0）处，而法线则是指向y轴的正方向。



第二步,把平面描述添加到角色描述中的形状列表中去，从这里我们也可以看到，一个角色是可以包含多个形状物体的。



第三步,就是把角色加到场景（scene）中去，也许你会留意到，前面我们所说的一个角色实体必须包括形状描述和刚体描述，两大部份，为什么这里只有形状描述呢？其实，刚体描述也是存在的，当你没有为它指定的时候，角色创建时会自动生成一个默认的刚体描述。一个刚体的默认值是这样的：它不会移动但是会把与它发生碰撞的物体反弹回去。因为它的质量是无限大的。





4、 创建盒子

前面介绍了如何创建一个地面，这是场景中最简单的一个角色了,下面我们将要创建一个稍为复杂一点的角色，一个盒子。



Int size=5

NxBodyDesc BodyDesc;

BodyDesc.angularDamping=0.5f;

BodyDesc.linearVelocity=NxUec3（0.0f,0.0f,0.0f）

NxBoxShapeDesc BoxDesc;

BoxDesc.dinesions=NxUec3（float（size）,float（size）,float（size））;

NxActorDesc BoxActorDesc;

BoxActorDesc.shapes.pushBack（&BosDesc）;

BosActorDsec.body= &BodyDesc;

BoxActorDesc.desity=0.10f;

BoxActorDesc.globalpose.t=NxVec3（0.0.20.0.0.0）;

Gscene→createActor（BoxActorDesc）→userData=（viud*）size;



这里我们创建了一个叫“Box”的场景角我。我们可以看到，盒子角色完整地包含了形状和刚体两大部份。和创建平面角色不同的是盒子角色描述中多了“desity”,“globalpose”两个分量,分别指的是密度和初始位置,SDK会根据密度和体积来自动计算角色的质量。

“globalpose”指的是在世界位标中的相对位置,值得注意的是:

PhysX中,与坐标尺寸相关的数值,其单位都是“米”(m)。





5.绘制与运动



完成了以上的准备工作之后,接下来便是检验成果的最后冲刺了.



Whik(nbActors--)

｛

NxActor*actor=*actors++;

If(!actor->userData) continue;

glpushMatrix();

float glamat[16];

actor->getGlobalPose().getColumnMajor44(glmat);

glColor4f(1.0f,1.0f,1.0f,1.0f);

glMultMatrix(glmat);

glutWireCube(float(int(actor→userData))*2.0f);

glPopMatrix();

｝



上面是绘制场景的程序,这里因为不需要绘制地面,因此第一行跳过平面角色,直接绘制盒子.

OK,现在我们可以让程序运行起来了,在窗口可以看见生成的一个立方体盒子.但是为什么那个盒子不会落下来，不会运动呢？这是因为我们还没有加入实时运算函数。在绘制盒子之前加入以下三行:



Gscene→fetchResults（NX_RIGID_BODY_FINFSHED）;

gsceng→Simulate(1/60.0f);

gscene→flushstream();



这样,盒子就会产生自由落体运动,其中simulate(1/60.0)是一个积分函数,用来求位移.这里用到了固定间隔时间1/60.0秒,其实最好是使用一些系统时间函数,来计算上一次刷屏到现在的时间，这样会让物体运动更加逼真。

四.总结
这是一个PhysX物理引擎的Hello World入门程序,为了让大家更清晰地看到程序总体框架,我把程序的功能尽量写得简单。在接下来的一段时间里,我会写一些复杂的相关教程,希望各位网友友持。当然，我也是一边学一边写，难免会出现错差，如果你们发现我的文章有问题的话，请E-mail:[email protected] 告诉知我，也欢迎在这方面有共同兴趣的朋友来信交流.

特别感谢我身边一个朋友的支持!



五、源代码



// A minimal Novodex application test.

// 以下代码，先安装好PhysX SDK，及按要求配置好路径之后才能编译。

// 建义用使用VC2003以上版本，VC6.0在我这里有一个“return”错误，把“return”去掉就可以编译通过。

// 运行的时候如果提示缺少DLL文件，请在/bin/win32 目录中找到相应的DLL文件把它拷贝到工程文件夹中，

// 或者拷贝到系统systems32/ 文件夹中

// NxBoxes by Pierre Terdiman (01.01.04)

// author: [email protected]



#define NOMINMAX

#ifdef WIN32

#include

#include

#include

#elif LINUX

#include

#include

#elif __APPLE__

#include

#include

#elif __CELLOS_LV2__

#include

#endif



#include



// Physics code

#undef random

#include "NxPhysics.h"

//#include "ErrorStream.h"

#pragma comment( lib, "PhysXLoader.lib" )





static bool gPause = false;

static NxPhysicsSDK* gPhysicsSDK = NULL;

static NxScene* gScene = NULL;

static NxVec3 gDefaultGravity(0.0f, -9.81f, 0.0f);

static float gRatio=1.0f;





static void InitNx()

{

// Initialize PhysicsSDK

gPhysicsSDK = NxCreatePhysicsSDK(NX_PHYSICS_SDK_VERSION, 0, NULL);

if(!gPhysicsSDK) return;



gPhysicsSDK->setParameter(NX_MIN_SEPARATION_FOR_PENALTY, -0.05f);



// Create a scene

NxSceneDesc sceneDesc;

sceneDesc.gravity = gDefaultGravity;

sceneDesc.broadPhase = NX_BROADPHASE_COHERENT;

sceneDesc.collisionDetection = true;

gScene = gPhysicsSDK->createScene(sceneDesc);



NxMaterial * defaultMaterial = gScene->getMaterialFromIndex(0);

defaultMaterial->setRestitution(0.9f);

defaultMaterial->setStaticFriction(0.1f);

defaultMaterial->setDynamicFriction(0.1f);



// Create ground plane

NxPlaneShapeDesc PlaneDesc;

PlaneDesc.d = -5.0f;

NxActorDesc ActorDesc;

ActorDesc.shapes.pushBack(&PlaneDesc);

gScene->createActor(ActorDesc);



//CreateCube(NxVec3(0.0,20.0,0.0),5);

// Create body

//////////////////////////////////////////////////////////////

int size = 5;

NxBodyDesc BodyDesc;

BodyDesc.angularDamping = 0.5f;

// BodyDesc.maxAngularVelocity = 10.0f;



BodyDesc.linearVelocity = NxVec3(0.0f,0.0f,0.0f);



NxBoxShapeDesc BoxDesc;

BoxDesc.dimensions = NxVec3(float(size), float(size), float(size));



NxActorDesc BoxActorDesc;

BoxActorDesc.shapes.pushBack(&BoxDesc);

BoxActorDesc.body = &BodyDesc;

BoxActorDesc.density = 0.10f;

BoxActorDesc.globalPose.t = NxVec3(0.0,20.0,0.0);



gScene->createActor(BoxActorDesc)->userData = (void*)size;



}





static void RenderCallback()

{





// Clear buffers

glClear(GL_COLOR_BUFFER_BIT | GL_DEPTH_BUFFER_BIT);



// Setup camera

glMatrixMode(GL_PROJECTION);

glLoadIdentity();

gluPerspective(60.0f, 1.0, 1.0f, 10000.0f);



glMatrixMode(GL_MODELVIEW);

glLoadIdentity();

gluLookAt(0.0, 5.1, 50.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0f, 1.0f, 0.0f);



gScene->fetchResults(NX_RIGID_BODY_FINISHED);

gScene->simulate(1/60.0f);

gScene->flushStream();





// Keep physics & graphics in sync

int nbActors = gScene->getNbActors();

NxActor** actors = gScene->getActors();

while(nbActors--)

{

NxActor* actor = *actors++;

if(!actor->userData) continue;



glPushMatrix();

float glmat[16];

actor->getGlobalPose().getColumnMajor44(glmat);

glMultMatrixf(glmat);

glColor4f(1.0f, 1.0f, 1.0f, 1.0f);

glutWireCube(float(int(actor->userData))*2.0f);

glPopMatrix();



}



glutSwapBuffers();

}





int main(int argc, char** argv)

{

// Initialize Glut

printf("PhysX, Hello World!");

glutInit(&argc, argv);

glutInitWindowSize(512, 512);

glutInitDisplayMode(GLUT_RGB | GLUT_DOUBLE | GLUT_DEPTH);

int mainHandle = glutCreateWindow("PhysX, Hello World!");

glutSetWindow(mainHandle);

glutDisplayFunc(RenderCallback);

glutIdleFunc(RenderCallback);



// Setup default render states

glClearColor(0.3f, 0.4f, 0.5f, 1.0);

glEnable(GL_DEPTH_TEST);

glEnable(GL_COLOR_MATERIAL);

glEnable(GL_CULL_FACE);

glEnable(GL_LIGHTING);



// Physics code

InitNx();

// ~Physics code



// Run

glutMainLoop();



if(gPhysicsSDK && gScene) gPhysicsSDK->releaseScene(*gScene);

gPhysicsSDK->release();

return 0;

}

 

本文转自：http://school.ogdev.net/ArticleShow.asp?id=5182&categoryid=6