转-开源物理引擎

 

1.  Havok:

老牌的君王，支持功能如下：

http://www.havok.com

·         Collision Detection - including Continuous Physics™

·         MOPP™ Technology - for compact representation of large collision meshes

·         Dynamics and Constraint Solving

·         Vehicle Dynamics

·         Data Serialization and Art Tool Support

·         Visual Debugger for in-game diagnostic feedback 

有不少游戏和软件都选择了他做物理引擎，比如HOLO3 ，失落星球，HL2 ，细胞分裂，指环王Online ..etc 现在Havok被Intel 收购了，以后可能对Intel 的CPU 会有特别的优化。

(Tip: HL2 的泄漏源代码中包含了SDK ，就是版本比较老了吧。)

 

2. NovodeX --- AGEIA PhysX

新兴的王者，支持功能如下：

http://www.ageia.com/

·           Massively Parallel Physics Architecture

·           High-speed GDDR3 Memory Interface

·           AGEIA Universal Continuous Collision Detection

·           AGEIA Physical Smart Particle Technology

·           AGEIA Complex Object Physics System

·           AGEIA Scalable Terrain Fidelity

·           AGEIA Dynamic Gaming Framework

因为特有的硬件卡(物理加速卡-PPU)支持，所以能处理大量的物理运算，其他几款暂时没得比。Unreal3，GameBryo， Reality Engine 等多款商业引擎和游戏都使用了他。

(Tip: NovodeX2.2及以前的版本，可以在没有硬件卡的情况下使用所有功能，晚上能下载到)

 

3. Bullet

开源届的霸主，支持功能如下：

http://www.bulletphysics.com

·            Multi Platform support

·            Supports various shape types:

·            Discrete Collision Detection for Rigid Body Simulation

·            Single Queries:

·            Sweep and Prune Broadphase

·            Documentation and Support

·            Auto generation of MSVC project files, comes with Jam build system

·            Bullet Collision Detection works with Bullet Dynamics, but there is also a sample integration with Open Dynamics Engine.

·            Framework with 2 different Constraint Solvers

·            Hinge , Point to Point Constraint, Twist Cone Constraint (ragdolls)

·            Automatic de-activation (sleeping)

·            Generic 6 Degree of Freedom Constraint , Motors, Limits

·            LCP Warm starting of contact points

·            Collada 1.4 Physics Import using FCollada and COLLADA-DOM

·            Convex Decomposition Code

这款物理引擎的历史也比较久了，但似乎国内知道的ODE 的人更多一些，这款物理引擎被Nvidia 的开发人员所关注(Nvidia 前些时候说过，要用GPU 来实现物理加速，可能会最先在这款物理引擎上实现。)

(Tip: 这款引擎是开源的，有兴趣的朋友，可以看看。)

 

4. ODE

开源的名角，支持功能如下：

http://www.ode.org/

·            Rigid bodies with arbitrary mass distribution.

·            Joint types: ball-and-socket, hinge , slider (prismatic), hinge -2, fixed, angular motor, linear motor, universal.

·            Collision primitives: sphere, box, cylinder, capsule, plane, ray, and triangular mesh, convex.

·            Collision spaces: Quad tree, hash space, and simple.

·            Simulation method: The equations of motion are derived from a Lagrange multiplier velocity based model due to Trinkle/Stewart and Anitescu/Potra.

·            A first order integrator is being used. It's fast, but not accurate enough for quantitative engineering yet. Higher order integrators will come later.

·            Choice of time stepping methods: either the standard ``big matrix'' method or the newer iterative QuickStep method can be used.

·            Contact and friction model: This is based on the Dantzig LCP solver described by Baraff, although ODE implements a faster approximation to the Coloumb friction model.

·            Has a native C interface (even though ODE is mostly written in C++).

·            Has a C++ interface built on top of the C one.

·            Many unit tests, and more being written all the time.

·            Platform specific optimizations.

·            Other stuff I forgot to mention...

嘿嘿，这个就不用做过多的介绍了，国内使用和学习这个的人比较多了。只是最近看到他的网页上有这么一句话：“Russell Smith is the primary author of ODE. ”不知道是谁又伤害了这位仁兄。

(Tip: Google一下，中文文章一大把。)

 

5. TOKAMAK

最近想通了，决定开源了。 支持功能如下：

http://www.tokamakphysics.com/

·            Joints

·            Friction

·            Stacking

·            Collision Detection

·            Rigid Particle

·            Breakage

这个物理引擎出现也比较早了，作者是日本人，其实日本的游戏也很发达的，能把技术共享出来，难得啊。（日文的技术网站还是很多的。）

6. Newton

更多的专注于生活中的实例模拟。

http://www.newtondynamics.com

这款物理引擎名声可能不是很响，但是功能上绝对不差。比较出名的作品有：TV3D, Quest3D

(Tip: 这款引擎支持Delphi; 在后面这个非官方的Wiki 上，有一套不错的教程: http://walaber.com/newton_wiki/index.php?title=Main_Page )

 

6. Simple Physics Engine

国产精品，支持功能如下：

http://spehome.cn/

·  使用独创的快速而稳定的Tri-Mesh碰撞检测算法，使载入模型数据异常简单。SPE的碰撞检测系统从一开始就是针对三角形网格（Tri-Mesh）而 设计，所以用户可以方便地使用mesh文件创建任意形状的刚体，SPE内部将自动处理所有工作。同时，SPE支持球和胶囊两种基本几何形状，方便用户创建 粒子特效和ragdoll系统。此外，SPE支持一定条件下的连续碰撞检测，可以正确地处理大多数情况下的高速运动物体。

·  碰撞信息分析。SPE对碰撞检测系统产生的数据进行智能化分析，为碰撞反应计算提供更可靠更正确的原始数据，极大地提高了系统的稳定性。

·  稳定的碰撞与接触解决系统。从1.5版开始，SPE采用全新的解决算法，更正确地计算摩擦与反弹，而且更稳定。

·  SPE提供一种稳定的基本Joint 功能，支持最大距离、弹性系数以及破坏力等参数的配置，用户可以使用它方便地创建各种其他类型的Joint 。

·  实时刚体破碎。(Beta)。SPE提供“形状操作”的功能，任何模型均可被一组平面或另一个模型切成小块，SPE生成的模型中包括用于区分原始表面与切面的属性信息，方便用户更合理地渲染出新的形状。目前，可破坏刚体的API已经开放。

 

·  高并行计算。SPE已经完成了多线程化以充分利用多核心CPU的性能. 90％以上的计算任务都可均匀地分配到任意数量的线程中去. 与单线程相比，双线程至少能提供60％的性能提升，而四线程可以带来150％以上的性能提升。使用SPEWorld::SetNumThreads( )即可在任何时候开启多线程计算。

·  简单易用而人性化的接口，极大地降低了SPE与其他软件系统结合的难度，使用户在瞬间即可建立一个具有真实物理属性的世界。

·  更多的功能正在不断开发中……

呵呵，国人做的一款物理引擎，关注….

  http://blog.csdn.net/huawenguang/article/details/932105

PhysX物理引擎(编程入门)

2006-07-17 14:28 3802人阅读  评论(1)  收藏  举报

PhysX物理引擎(编程入门)

--PhysX,Hello World!

 

Author: 华文广   E-MAIL: [email protected]  DATE:06/7/20

 

Hi,大家好,好久没有写过东西了.最近在研究物理引擎,在网上搜索了一下,发现相关的技术文章特别少,于是我心血来潮,决定给有兴趣向这方面发展的朋友写一篇入门教程，希望有所帮助。更多相关学习，请到http://www.physdev.com 物理开发网。

如果你是一名超级游戏爱好者,那想必你会听说过PPU。要是你不知道什么是PPU，那也不要紧，但至少你要知道什么是“物理加速卡”。

Ageia是PhysX物理芯片的开发商，一家名不见经传的公司，成为敢吃螃蟹的第一人。说不定不久的将来,我们的计算机里会出现CPU,GPU,PPU三足鼎立的局面，而物理编程，也将成为游戏程序员的必修课程。本文是PhysX编和的入门教程。

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，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PhysX2.3.3 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<PhysX SDK>/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 <windows.h>

#include <GL/gl.h>

#include <GL/glut.h>

#elif LINUX

#include <GL/gl.h>

#include <GL/glut.h>

#elif __APPLE__

#include <OpenGL/gl.h>

#include <GLUT/glut.h>

#elif __CELLOS_LV2__

#include <GL/glut.h>

#endif

 

#include <stdio.h>

 

// 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.setToDefault();
    sceneDesc.gravity = gDefaultGravity;
    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;

}