[游戏] - PhysX物理引擎(编程入门)
来源：http://blog.csdn.net/huawenguang/archive/2007/02/09/932105.aspx
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PhysX
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。
![[游戏] - PhysX物理引擎(编程入门)](http://img.e-com-net.com/image/product/cf0cf84b7d02480bb6626141e7e06ce4.jpg)
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
);
defaultMaterial->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
![[游戏] - PhysX物理引擎(编程入门)](http://img.e-com-net.com/image/product/9f08c124808441cca0fac7a7f2dd784d.jpg)
//
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
;
}
///////////////////////////////////////////////////
/
//
原创作品，允许自由转载，请保留作者及版权声明，未经本人同意，请勿用于商品印刷出版。
//
http://www.physdev.com
物理开发网