PhysX之旅（初章）--PhysXは虾米？

PhysX之旅（初章）--PhysXは虾米？

 

 

本文分为两部分：
1、来自Nvidia官方网站的介绍文字。
2、转载了华文广高人去年对PhysX的入门文章。

PS：现在PhysX可以通过Nvidia的官方网站自由下载。

 

 

在游戏中实现物理加速绝非易事。它是一种对计算性能要求极高的环境，以一整套独特的物理学算法集为基础，需要同时运行大量的数学和逻辑运算。

这正是NVIDIA®（英伟达™）PhysX™ 技术与GeForce® 处理器的用武之地。NVIDIA PhysX是一种功能强大的物理加速引擎，可在顶级PC和游戏中实现实时的物理学计算。PhysX软件被广泛应用于150多个游戏中，软件注册用户数量已超过10,000名。索尼的Playstation 3、微软的Xbox 360、任天堂的Wii以及个人计算机均支持PhysX。

此外，PhysX设计用途是利用具备数百个内核的强大处理器来进行硬件加速。加上GPU超强的并行处理能力，PhysX将使物理加速处理能力呈指数倍增长并将您的游戏体验提升至一个全新的水平，在游戏中呈现丰富多彩、身临其境的物理学游戏环境。其中特色如下：

• 爆炸引起的烟尘和随之产生的碎片
• 复杂、连贯的几何学计算使人物的动作和互动更加逼真
• 其视觉效果令人叹为观止的全新武器
• 布纹的编织和撕裂效果非常自然
• 运动物体周围烟雾翻腾

采用NVIDIA支持PhysX的GeForce处理器是实现真实物理加速效果的唯一途径，其可缩放、复杂、逼真、高度互动的特性将彻底颠覆您的娱乐体验。*

*注： NVIDIA今年将在支持CUDA的GPU（图形处理器）上使用PhysX。确切的型号和供货时间即将公布。

 

• 什么是NVIDIA® PhysX™ 技术?
• 什么是游戏物理学，它为什么如此重要?
• 什么是GPU PhysX?
• 为什么GPU（图形处理器）适合于物理学处理?
• 哪些NVIDIA® GeForce®GPU（图形处理器）支持PhysX，GPU PhysX何时上市?
• 众多游戏如何实现PhysX优化?
• 什么是AGEIA PhysX处理器?
• AGEIA PhysX处理器的基本系统要求是什么?
• 在哪里可以获得PhysX系统软件及驱动程序?
• 如果我想要在游戏中加入PhysX，那么我应该做哪些工作?
• 如果我现在就在游戏开发过程中使用PhysX，那么我怎样才能启动它来利用GPU PhysX的优势呢?

什么是NVIDIA PhysX技术?
NVIDIA（英伟达™） PhysX是一种功能强大的物理学引擎，可在顶级PC和游戏中实现实时的物理学计算。PhysX软件被广泛应用于150多个游戏中，已经有1万多名各类开发人员开始使用它了。索尼的Playstation 3、微软的Xbox 360、任天堂的Wii以及个人计算机均支持PhysX。PhysX为强大的并行处理器执行硬件加速而进行了优化。

时下的AGEIA PhysX处理器可使物理学处理能力呈指数倍增长。支持PhysX的GeForce处理器不久即将上市，您的游戏物理学性能将被提升至一个全新的水平。

什么是游戏物理学，它为什么如此重要?
物理学是游戏业发展的又一个重大方向。它所涉及的内容包括游戏中的物体如何移动、互动以及如何对他们的周围环境做出反应。当今许多游戏都不具备物理学功能，游戏中物体的动作似乎跟您想象中或实际中的动作不太一样。目前，大多数动作都还是“预先描述”好的或者是由游戏事件触发的“固定的”动画，例如游戏中枪弹击中墙壁。即使威力最大的武器也只能在最薄的墙上留下些许斑点；并且您取出每样物品的方式都是预先定义好的同一种方式。游戏玩家置身的游戏环境看起来不错，但是缺少了真正身临其境的游戏体验所必需的真实场景。

NVIDIA（英伟达™） PhysX与支持CUDA的GeForce GPU（图形处理器）相结合，具备超强的计算性能，可在支持本技术的下一代游戏中实现真实、先进的物理学图形效果。让“固定的”动画效果一去不复返。

什么是GPU PhysX?
NVIDIA（英伟达™）基于CUDA的业界领先GPU（图形处理器）即将搭载NVIDIA PhysX技术。通过这种整合，我们就可以确保游戏玩家和开发人员都能够利用市场上最为抢眼的物理学处理技术。由GPU（图形处理器）来处理物理学计算是顺理成章的，因为正如图形处理一样，物理学处理也是由成千上万的并行计算所实现的。NVIDIA长期以来一直致力于为用户提供令人振奋、动感十足且栩栩如生的游戏体验。图形处理与物理学处理的结合将为虚拟世界带来巨大影响。不久，GeForce将在一款产品中集成这两种功能。

为什么GPU（图形处理器）适合于物理学处理?
多线程PhysX引擎 (最初由AGEIA所开发) 专为大型并行环境中的硬件加速而设计。AGEIA的PhysX处理器只有10个内核，而现在NVIDIA（英伟达™）的GPU（图形处理器）则具有多达128个内核。因此，NVIDIA的这些GPU（图形处理器）非常适合利用PhysX软件。最重要的是，由于游戏物理学具有高度并行和互动的特性，因此GPU架构自然比CPU更加适合这种计算工作。借助于当今或下一代GPU（图像处理器），PhysX将为游戏玩家创造更多价值。

哪些NVIDIA GeForce GPU（图形处理器）支持PhysX，GPU PhysX何时上市?
NVIDIA（英伟达™）今年将在支持CUDA的GPU（图形处理器）上使用PhysX。确切的型号和供货时间即将公布。如需了解有关“CUDA专区”的更多信息，请单击此处。

众多游戏如何实现PhysX优化?
NVIDIA（英伟达™）可以为游戏开发人员提供世界级的PhysX SDK（软件开发工具包），使这些游戏开发人员能够开发出具备下一代物理学特色及硬件加速性能的游戏。本软件不仅具有无与伦比的功能性、稳定性、性能以及可扩展性，而且几乎所有的主要开发工具均支持本软件。本软件还实现了微软Xbox 360与索尼PlayStaton 3之间的跨平台支持。NVIDIA会不断地在PhysX SDK新版本中加入新特性。而游戏开发人员则会将这些PhysX SDK整合在最新、最棒的游戏中。

什么是AGEIA PhysX处理器?
AGEIA PhysX处理器是世界上首款PC游戏专用硬件加速器，具有动感十足和互动的特性，可为用户带来全新的游戏体验。由业界领先的系统制造商和AIC合作伙伴所生产的AGEIA PhysX 加速卡现已上市。

NVIDIA（英伟达™）早在2008年初就已经获得了AGEIA的技术，NVIDIA一直在软件与硬件两方面不断地改良整个PhysX平台。而游戏物理学效果的新时代才刚刚开始。

AGEIA PhysX处理器的基本系统要求是什么?
PhysX加速器和AGEIA PhysX系统软件要求PC能够运行Windows XP专业版、家庭版或媒体中心版或者是装有最新服务补丁的Windows Vista；具备最少512 MB系统内存、1条空闲的PCI扩展插槽、至少50MB硬盘剩余空间以及1个4针molex辅助电源连接器（大多数系统都有一个，如果您的系统没有，则可以使用Y形转接器）。

需要注意的是，不同PhysX游戏的会有不同的要求，但应始终以最佳游戏体验为基础。

在哪里可以获得PhysX系统软件/驱动程序?
可以从NVIDIA的驱动程序下载区获得PhysX系统软件。

如果我想要在游戏中加入PhysX，那么我应该做哪些工作?
NVIDIA网站上的开发人员专区包含了您需要了解的、有关NVIDIA（英伟达™）PhysX SDK的所有信息。您可以免费下载这些PC二进制代码，从而开始您的开发工作。

如果我现在就在游戏开发过程中使用PhysX，那么我怎样才能启动它来利用GPU PhysX的优势呢?
可以在您现有的PhysX软件平台基础上继续开发。在今年晚些时候向游戏玩家发布全新的系统软件之时，GPU PhysX即可在您的开发成果上发挥作用了。如需了解更多信息，敬请浏览NVIDIA（英伟达™）公司的开发人员专区网页。

 

 

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);

glColor 4f ( 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);

        glColor 4f ( 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;

}

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